8 Minutės
Nauji Yonsei universiteto tyrimai verčia kosmologus iš naujo permąstyti vieną iš fundamentaliausių prielaidų apie mūsų Visatą: kad jos plėtimasis nuosekliai spartėja. Perdėjus įvertinti Ia tipo supernovų duomenis ir atlikus pataisas, atsižvelgiant į žvaigždžių amžių, tyrėjų komanda randa požymių, jog tamsioji energija gali silpti — ir kad Visata jau gali būti pasukusi link sulėtėjimo fazės.
Netikėtas posūkis kosminio plėtimosi istorijoje
Beveik tris dešimtmečius manyta, kad Visatos plėtimasis spartėja — tai esą lemia nepaaiškinama jėga, vadinama tamsiąja energija. Ši išvada, paremta tolimų Ia tipo supernovų stebėjimais devintojo dešimtmečio pabaigoje ir 1990-ųjų pabaigoje, lėmė 2011 m. Nobelio fizikos premiją ir suformavo standartinį kosmologinį modelį, žinomą kaip ΛCDM (Lambda šaltaji tamsioji medžiaga).
Tačiau 2025 m. lapkričio 6 d. žurnale Monthly Notices of the Royal Astronomical Society publikuotas straipsnis siūlo kitokią interpretaciją. Profesorės Young-Wook Lee vadovaujama komanda pritaikė supernovų ryškumo korekciją, kuri atsižvelgia į jų giminių — hostinių — žvaigždžių populiacijų amžių. Po šio pataisymo supernovų duomenų rinkinys nebetinka paprastai ΛCDM nuostatai, kur tamsioji energija laikoma pastovia kosmologine konstanta.
Kodėl Ia tipo supernovos vėl atsidūrė tyrėjų akiratyje
Ia tipo supernovos tradiciškai naudojamos kaip „standartinės žvakės“: jų šviesumas, po tinkamo kalibravimo, leidžia nustatyti atstumus dideliuose kosmologiniuose masteliuose. Vis dėlto Yonsei komanda nustatė amžiaus priklausomą šališkumą. Jie praneša, kad po įprastos standardizacijos supernovos, kilusios iš jaunesnių žvaigždžių populiacijų, sistemingai atrodo blankesnės nei tos, kurios kilo iš senesnių populiacijų — efektas, galintis imituoti arba iškraipyti spartėjančios plėtimosi požymį.
Tyrėjai pasitelkė Ia tipo supernovas, panašias į SN 1994d, matytą savo gimtinėje galaktikoje NGC 4526, kad padėtų nustatyti, jog Visatos plėtimasis iš tikrųjų galėjo pradėti lėtėti. Ši parinktis kiek kitaip interpretuoja tolimų supernovų ryškumo skirtumus ir jų poveikį kosmologiniam modeliavimui. Credit: NASA/ESA, The Hubble Key Project Team and The High-Z Supernova Search Team
Naudodami didelį 300 hostinių galaktikų imtį, autoriai kiekybiškai įvertino šį amžiaus priklausomybės trendą esant itin aukštam statistiniam pasitikėjimui (pranešta 99,999 %). Praktikoje dalis blankumo, anksčiau priskirto spartėjančiam plėtimui, gali būti iš dalies paaiškinta evoliuciniais skirtumais žvaigždžių, iš kurių kyla šios sprogiosios supernovos. Pašalinus tokį „amžiaus šališkumą“, kosmologinė pritaikymo kreivė keičiasi ir atveria alternatyvias interpretacijas apie tamsiosios energijos elgesį laike.
Kaip amžiaus korekcijos keičia kosmologinį vaizdą
Taikant amžiaus šališkumo pataisas, pataisyti supernovų duomenys ryškiai nutolo nuo raudonos ΛCDM kreivės, kuri paprastai apibūdina Visatą su pastovia kosmologine konstanta. Vietoje to, pakoreguoti matavimai geriau dera su modeliais, leidžiančiais tamsiąjai energijai kisti su laiku — tokiais modeliais, kuriuos palaiko ir baryoninių akustinių svyravimų (BAO) bei kosminio mikrobanginio fono (CMB) analizės.
Hubblo likučių diagrama prieš (viršuje) ir po (apačioje) amžiaus šališkumo korekcijos. Korekcijos pritaikytos supernovų duomenims iš Dark Energy Survey (DES) projekto. Po korekcijos duomenų rinkinys nebepalaiko ΛCDM modelio (raudona linija) su kosmologine konstanta, o labiau dera su laike kintančios tamsiosios energijos modeliu, kurį remia BAO ir CMB duomenų derinys (mėlyna linija). Credit: Son et al.
Kitaip tariant, pašalinus sisteminius žvaigždžių amžiaus efektus, vien tik supernovų įrodymai nebeprivalo išvados, kad kosminis plėtimasis šiandien spartėja. Vietoje to, duomenys dera su scenarijumi, kuriame tamsioji energija mažėja laikui bėgant — buvusi stipresnė praeityje, dabartiniu metu silpnesnė — todėl plėtimasis gali pereiti nuo spartėjimo prie sulėtėjimo. Tai turi tiesioginių pasekmių kosmologiniams parametrams ir numatomai Visatos ateičiai.
Kokia BAO ir CMB vieta šiame kontekste
BAO — tai rutuliukai ir atstumai galaktikų pasiskirstyme, likę nuo slėgio bangų ankstyvojoje Visatoje — bei CMB, Didžiojo sprogimo „palaidas“ spinduliavimas, teikia nepriklausomus atstumų ir plėtimosi istorijos matavimus. Yonsei komandos pataisyti supernovų rezultatai daug labiau sutampa su analizėmis, kurios naudoja tik BAO ir CMB duomenis, negu su standartine ΛCDM prognoze, paremta nepakitusia kosmologine konstanta.
Toks susiliejimas yra reikšmingas, nes jis gali pašalinti ilgai trunkančią įtampą — vadinamąją Hubble įtampą — skirtumą tarp plėtimosi greičio, apskaičiuoto iš vietinių atstumų laiptelių (įskaitant supernovas), ir to, kuris gaunamas iš ankstyvosios Visatos matavimų (CMB). Jeigu supernovų sisteminiai atstumai buvo šališki dėl žvaigždžių amžiaus efekto, jų pataisa gali sumažinti šią nenuoseklumą ir pakeisti išvadą apie tamsiosios energijos savybes.
Ši diagrama iliustruoja, kaip Visata atrodo esanti sulėtėjusio plėtimosi būsenoje (raudona linija). Taškinė vertikali linija žymi dabartinį laikmetį, o juoda linija parodo ΛCDM prognozę. Žalios ir raudonos linijos atvaizduoja naujo tyrimo modelį prieš (žalia) ir po (raudona) amžiaus šališkumo pataisos, kuris suderinamas su baryoninių akustinių svyravimų ir kosminio mikrobanginio fono duomenimis (mėlyna linija). Credit: Son et al.
Pasekmės: tamsioji energija, kuri blėsta
Pagrindinė pakoreguoto duomenų rinkinio išvada yra ta, kad tamsioji energija gali būti ne pastovus erdvės bruožas — ne fiksuota kosmologinė konstanta — o dinamiškas fenomenas, silpnėjantis laikui bėgant. Jeigu tamsioji energija nyksta arba kinta, ilgalaikė Visatos lemtis keičiasi: vietoje nuolatinio spartėjimo ir tolesnio galaktikų atskyrimo, kosminis plėtimasis gali sulėtėti, o struktūrų evoliucija — skirtis nuo to, ką prognozuoja dabartinis ΛCDM modelis.
Profesorius Lee šią reikšmę apibūdino tiesiai: jų analizė rodo, kad Visata jau galėjo įeiti į dabartinį sulėtėjusio plėtimosi etapą. Jei tai būtų patvirtinta, tai būtų paradigmos posūkis, panašaus masto kaip tamsiosios energijos atradimas prieš maždaug 27 metus — rezultatas, reikalaujantis kruopščios peržiūros ir daugiašalio patvirtinimo.
Patikrinimas: testai be evoliucijos ir naujos kartos apžvalgos
Suprasdami savo teiginio išskirtinumą, Yonsei komanda vykdo vadinamąjį „be evoliucijos“ testą. Šis metodas izoliacinėmis priemonėmis atrenka supernovas, kilusias iš vienodai jaunų ir kohortinių hostinių galaktikų visame raudoniniame intervale, taip minimalizuojant galimą amžiaus sukeltą šališkumą iš viso. Ankstyvieji rezultatai, praneša autoriai, patvirtina pagrindinę išvadą, tačiau reikalauja platesnio patikrinimo nepriklausomais duomenų rinkiniais.
Į priekį žvelgiant, Vera C. Rubin Observatory — dabar vykdanti apžvalgas su galingiausiu pasaulyje skaitmeniniu fotoaparatu — atrinks dešimtis tūkstančių naujų supernovų hostinių galaktikų. Turėdami tikslius šių hostinių amžiaus matavimus, astronomai galės išbandyti amžiaus šališkumo korekciją daug didesniu tikslumu per artimiausius penkerius metus, teigia tyrimo profesorius Chul Chung ir bendraautorius, doktorantas Junhyuk Son. Tai leis griežtai patikrinti, ar supernovų matavimų korekcijos sistemingai keičia kosmologinius parametrus.
Po Didžiojo sprogimo ir greito Visatos išsiplėtimo prieš maždaug 13,8 mlrd. metų gravitacija ją pristabdė. Tačiau 1998 m. nustatyta, kad maždaug devyniais milijardais metų po Visatos pradžios jos plėtimasis vėl paspartėjo, kuriam įtaką padarė paslaptinga jėga. Nauji rezultatai siūlo, kad tas spartėjimas galbūt nebėra dabartinė būsena — arba gali būti tik laikina fazė platesniame laiko lange.
Ekspertų įžvalgos
„Tai būtent toks rezultatas, kuris verčia prie jo prieiti su atsargia smalsumu,“ sako dr. Maya Patel, stebimųjų kosmologijos specialistė Institute for Cosmic Studies (fiktyvi institucija). „Korekcija pagal hostinės galaktikos amžių yra įtikinamas sisteminis veiksnys, galintis paveikti atstumų įvertinimus. Jeigu nepriklausomos analizės patvirtins šį efektą, teks iš naujo peržiūrėti, kaip modeliuojame tamsiąją energiją ir interpretuojame Hubble įtampą. Tačiau neįprasti teiginiai reikalauja kelių nepriklausomų ir nuoseklių įrodymų — ir tokia patikra dabar yra pasiekiama dėka DESI, Rubin observatorijos ir kitų apžvalgų.“
Ko tai reiškia didiesiems klausimams
Jei tamsioji energija iš tikrųjų kinta, pasekmės gali būti didelės: galime atrasti naują fiziką už standartinio kosmologinio modelio ribų, suvaržyti teorijas, siejančias tamsiąją energiją su skaliariniais laukais ar modifikuota gravitacija, ir patikslinti prognozes apie Visatos galutinę lemtį. Tuo pačiu, galimybė, kad subtilus matavimo šališkumas iškraipė dešimtmečių interpretacijas, primena apie sistematikos svarbą tiksliojoje kosmologijoje.
Praktiniu požiūriu mokslinė bendruomenė sieks patvirtinimo per: pataisytų supernovų duomenų derinimą su nepriklausomomis BAO ir CMB matavimų linijomis; „be evoliucijos“ testo taikymą platesnėms imtims; ir naujos kartos instrumentų (DESI, Vera C. Rubin Observatory ir kosminės misijos) panaudojimą, kad plėtimosi istorija būtų nubrėžta su precedento neturinčia detalumu.
Tamsiosios energijos paslaptis išlieka esminė. Nepaisant to, kad ji sudaro maždaug 70 % Visatos energijos biudžeto, jos prigimtis tebėra nežinoma. Yonsei analizė prideda naują kampą: tamsioji energija gali blėsti — ir ši pokyčio galimybė, patvirtinta arba paneigta, gali perrašyti kosmologiją.
Susiję projektai ir instrumentai — nuo DESI spektroskopinių žemėlapių iki Rubin observatorijos laiko domeno atradimų — bus lemiami artimiausiais metais. Kartu jie gali arba patvirtinti šį galimą kosminio plėtimosi posūkį, arba parodyti, kad ankstesnės interpretacijos išlieka teisingos. Bet kuri iš šių išeičių praplės mūsų supratimą apie Visatą ir suteiks daugiau aiškumo apie tamsiosios energijos savybes bei kosmologinius parametrus.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą