Новый взгляд на тёмную энергию: Величайший набор сверхновых раскрывает космические загадки

Технология блокчейн Интервью с лидерами отрасли

Сверхновые типа Ia в последние десятилетия стали одним из важнейших инструментов астрономов и космологов для измерения расстояний во Вселенной и понимания её динамики. Эти феноменальные взрывы белых карликов всегда излучают свет с практически одинаковой яркостью, что позволяет использовать их как «стандартные свечи» для оценки того, насколько далеко находятся галактики. Именно с их помощью в 1998 году было открыто удивительное явление — ускоряющееся расширение Вселенной, которое было связано с наличием загадочной тёмной энергии. Это открытие принесло Нобелевскую премию и стало одной из краеугольных основ современной космологии. В последние годы события в исследовании сверхновых значительно продвинулись вперёд благодаря международному сотрудничеству и детальному анализу огромного объёма данных.

Учёные из проекта Supernova Cosmology Project (SCP), возглавляемого Лоуренсской национальной лабораторией имени Беркли, собрали, стандартизировали и проанализировали рекордный набор из 2087 сверхновых типа Ia — это самый масштабный подобный набор на сегодняшний день. Такой сплав данных из 24 разных экспериментов позволил объединить разрозненные наблюдения, устранить систематические ошибки и повысить точность космологических измерений. Объединение данных из множества источников — это сложная задача, поскольку каждое исследование использует разные телескопы, фильтры и методы обработки. Для устранения расхождений учёные применили совершенную статистическую модель типа Bayesian Hierarchical Model, которая учитывает разнообразные неопределённости, ошибки калибровки и даже возможные изменения чувствительности оборудования с течением времени. Это позволило привести данные к единой системе измерения, словно единые калиброванные свечи, свет которых можно сопоставить с ювелирной точностью.

Анализ объединённого набора данных получил название Union3 и охватывает историю Вселенной за последние примерно семь миллиардов лет. Он значительно расширил и улучшил предыдущий набор Union2, состоявший из 557 сверхновых, что открыло новые возможности для изучения динамики тёмной энергии и её эволюции во времени. Результаты анализа дают серьёзные основания предполагать, что сила воздействия тёмной энергии может со временем меняться — в отличие от привычной модели Lambda CDM, где этот параметр стабилен. Так называемая модель Lambda CDM (где Lambda обозначает тёмную энергию, а CDM — холодную тёмную материю) доминировала в космологии последние два десятилетия. Согласно ей, тёмная энергия — постоянная величина, противостоящая гравитационному сжатию со стороны материи и обеспечивающая ускоренное расширение.

 

Однако новые данные указывают на возможность временной динамики тёмной энергии: она могла даже начать ослабевать. Если это подтвердится, последствия будут фундаментальными для понимания будущего Вселенной. Будет ли она расширяться вечно, замедлится ли расширение или даже начнётся сжатие — всё зависит именно от роли тёмной энергии. Совместная работа Supernova Cosmology Project и Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), который изучает кластеризацию галактик и их распределение в пространстве при помощи метода барионных акустических осцилляций (BAO), уже даёт согласующиеся результаты. DESI способен заглядывать дальше в прошлое Вселенной — в эпоху, когда тёмная энергия ещё не была доминирующим фактором.

 

В свою очередь сверхновые особенно точно характеризуют процесс расширения в более «молодом» космическом времени. Согласие двух разнородных методов повышает доверие к идее изменяющейся тёмной энергии. Учёные подчёркивают, что пока что уровень статистической значимости полученных результатов не позволяет категорично заявлять об изменениях в свойствах тёмной энергии, однако тенденции становятся всё более явными с каждым новым крупным набором данных. Среди ведущих исследователей этой области — лауреат Нобелевской премии Сол Перлмуттер, который призывает к осторожности при интерпретации предварительных выводов, но не скрывает своего интереса и оптимизма по поводу предстоящих открытий. Важную роль в исследовании сыграет будущий проект обсерватории Веры Рубин, которая сможет обнаружить десятки тысяч сверхновых за годы работы.

 

Объём данных превзойдёт всё, что было ранее и предоставит уникальную возможность ещё более точно исследовать космическую динамику и природу тёмной энергии. При этом усилия учёных направлены не только на поиск новых сверхновых, но и на улучшение методов калибровки и обработки, что позволит избежать типичных систематических ошибок и выработать более надёжные космологические модели. Сверхновые типа Ia служат как яркие маяки, с помощью которых можно отследить, как именно смещается спектр их света из-за расширения пространства. Это смещение к красной части спектра — красное смещение — даёт ключ к пониманию того, как быстро расширяется Вселенная в разные эпохи. Отметим, что для таких измерений нужна не только точность, но и стабильность методов, поскольку даже небольшие отклонения в измерениях яркости или красного смещения могут привести к значительным ошибкам в моделях космического расширения.

Результаты проекта Union3 и сопутствующих исследований служат важным толчком для переосмысления космологических парадигм. Если будет доказано, что тёмная энергия не является постоянной, нам придётся искать новые физические теории, выходящие за рамки общепринятой модели. Это может означать появление новых фундаментальных полей, взаимодействий или даже модификацию самой общей теории относительности. В конечном итоге понимание природы тёмной энергии напрямую связано с самым глубоким вопросом — какова судьба нашего космоса? Совместная работа лабораторий, университетов и международных институтов показывает, насколько важен междисциплинарный и международный подход в современной науке. Вклад Лоуренсской национальной лаборатории имени Беркли, Калифорнийского университета в Беркли, Университета Гавайев, а также европейских и австралийских партнёров является бесценным.