Эйнштейн не ошибался: Темная природа темной энергии

В те годы, когда Эйнштейн создавал Общую теорию относительности, размеры Вселенной считались постоянными. Однако хотя бы в силу воздействия гравитации она должна была бы постоянно сжиматься – и чтобы как-то уравновесить притяжение Эйнштейн был вынужден ввести в уравнения поправку, дополнительную силу, которая противодействует гравитации. Эта сила, по Эйнштейну, возрастает с расстоянием пропорционально космологической постоянной (лямбда, Λ). Впоследствии, когда был обнаружен и доказан факт расширения Вселенной, эта поправка стала казаться совершенно ненужной, и сам ученый не раз сокрушался о том, что ввел ее, называя космологическую постоянную одной из главных своих ошибок.

Казалось бы, на этом в истории Λ можно было бы поставить точку, и так оно и было до самого конца прошлого века, когда – совершенно неожиданно для науки того времени – обнаружилось, что расширение Вселенной постоянно ускоряется. Будто какая-то непонятная нам сила растягивает и растягивает ее, противодействия колоссальной гравитации обычной и темной материи. Сила эта была названа темной энергией, хотя что это такое за энергия – непонятно совершенно. Одна из вскоре появившихся интерпретаций как раз и связывает темную энергию с космологической постоянной, которая может быть понята, как некая ненулевая энергия, равномерно заполняющая всю Вселенную и имеющая отрицательное давление.

С другой стороны, имеется и другое объяснение природы темной энергии – в соответствии с ним, она является квинтэссенцией, точнее говоря, квазичастицами, возбуждениями некоего поля, меняющимися в пространстве и времени. Выбрать между двумя вариантами интерпретации пока не представляется возможным. Для этого требуется знать скорость расширения Вселенной с огромной точностью, чтобы посмотреть, с какими из уравнений она лучше согласуется. А проделать нужные измерения для такого огромного объекта – самого большого, какой только может быть – мы пока не в состоянии.

Впрочем, недавнее исследование французских физиков Кристиана Маринони (Christian Marinoni) и Аделины Бази (Adeline Buzzi) и без измерений скорости расширения говорит довольное веское слово в пользу космологической постоянной. Ученые подошли к вопросу с другой стороны – со стороны геометрии Вселенной, для чего проанализировали наблюдения далеких пар галактик, и на основе этих данных сделали вывод об изогнутости мироздания.

Действительно, в зависимости от того, какую из интерпретаций сущности темной энергии мы выберем, мы придем к разной геометрии Вселенной, в которой она должна существовать. Если она представляет собой космологическую постоянную (согласно наиболее общепринятой сегодня Лямбда-CDM модели), Вселенная должна быть плоской. Если же отталкиваться от квинтэссенции, то мы придем к сферической форме, либо гиперболической (седловидной). К слову, модель Лямбда-CDM является самой популярной неспроста: пока что большинство исследований склоняются к тому, что Вселенная скорее плоская, нежели изогнутая (читайте: «Плоский мир»). И новая работа Кристиана Маринони снова подтверждает эту картину.

Итак, Маринони с коллегами изучали данные по двойным системам галактик, находящихся на большом удалении от нас. Дело в том, что искажение геометрии пространства-времени неизбежно должно искажать и то, как увидим мы эти далекие объекты. Именно искажения и пытались обнаружить ученые, чтобы по их степени оценить изогнутость мироздания. А чтобы понять величину искажений, они с высокой точностью измеряли величину космологического красного смещения для каждой галактики в паре. Это позволило рассчитать ориентацию и относительное положение каждой из галактик, а затем, исходя из этих данных, оценить степень «искаженности» видимой картины. Оценка показала, что Вселенная, скорее всего, плоская.