Темная энергия нас обманывает? Новое исследование о странном подавлении роста космических структур ставит под угрозу модель ΛCDM

Знаете, как бывает? Вроде бы все понятно, но стоит приглядеться, и вот уже в стройной картине мира появляется неуловимая трещинка. Так случилось и с нашим пониманием Вселенной. На протяжении трех десятилетий астрономы и космологи создавали стандартную модель ΛCDM, которая на удивление точно описывала многие наблюдаемые явления, в частности, космический микроволновый фон (реликтовое излучение) и распределение галактик. Но, как говорится, дьявол кроется в деталях.

Темная энергия: загадка в самом сердце мироздания

Модель ΛCDM опирается на несколько весьма необычных концепций, таких как космическая инфляция, темная материя и, конечно же, темная энергия. Последняя, пожалуй, вызывает наибольшее недоумение у физиков-теоретиков. Самое простое объяснение темной энергии — это космологическая константа, некая «антигравитация», заставляющая Вселенную расширяться с ускорением. Но вот незадача: такая константа порождает парадокс, который разрушает фундаментальные принципы физики, в том числе симметрию и размерный анализ.

Некоторые ученые пытаются обойти эту проблему, предлагая антропные или ландшафтные объяснения. Но, честно говоря, они больше напоминают «волшебную палочку», чем научное решение. Все усложняется еще и тем, что недавние наблюдения инструмента DESI намекают на существование динамической темной энергии (DDE) — гипотетической субстанции, свойства которой меняются со временем.

Вселенная как пазл: расхождения, которые не сходятся

Помимо таинственной темной энергии, есть еще пара моментов, которые не дают покоя ученым. Один из них — это так называемое «хаббловское напряжение», разница между прямыми и косвенными измерениями постоянной Хаббла (скорости расширения Вселенной). Другая важная проблема — это расхождение между прямыми и косвенными методами измерения роста крупномасштабных структур Вселенной, которое проявляется в разнице значений амплитуды флуктуаций массы (σ8).

Эти расхождения проявляются в разных наборах данных с низкой красным смещением, таких как подсчет скоплений, измерения слабого гравитационного линзирования, перекрестная корреляция с линзированием CMB, и при анализе распределения галактик. Конечно, есть и некоторые отклонения от общей картины, но в целом проблема остается. Все это наводит на мысль: а не кроется ли за этими «несостыковками» какая-то более фундаментальная причина?

Новое исследование: на что способны галактики?

В поисках ответа на эти вопросы группа ученых провела новый анализ данных о скоплении галактик, полученных в рамках проекта BOSS. Они изучили комбинацию спектра мощности и биспектра, барионные акустические осцилляции (BAO) и перекрестные корреляции с гравитационным линзированием космического микроволнового фона (CMB) от спутника Planck.

И вот что оказалось: при предположении модели ΛCDM, было выявлено подавление структуры на низких красных смещениях относительно модели, согласованной с Planck. Это подавление наблюдается на уровне 4,5σ. Когда исследователи решили учесть в модели DDE, то получили неожиданный результат. Данные BOSS, объединенные с наблюдениями DESI BAO и сверхновыми типа Ia, конкурентоспособны с данными CMB, но при этом DDE не дает никаких преимуществ для объяснения подавления структуры.

Выходит, что ни DDE, ни космологическая константа не могут объяснить это странное поведение галактик. И самое интересное, что постоянная Хаббла, вычисленная в анализе с DDE, соответствует данным Planck, но не значениям, полученным с помощью цефеид. Похоже, что разные наборы данных «тянут» космологические параметры в разные стороны.

В поисках разгадки

Это исследование подтверждает, что разница в измерениях σ8 существует и ее не объяснить простыми поправками в рамках стандартной модели. Ученые выдвигают несколько версий: либо в данных есть какие-то систематические ошибки, либо нам нужны новые модели для восстановления космологического соответствия.

Возможно, ключ к пониманию происходящего кроется в физике, которую мы пока не учитываем: массивные нейтрино, ультралегкие аксионы, взаимодействие между барионной и темной материей и многое другое. Кроме того, необходимо более тщательно изучить влияние систематических эффектов на данные о галактиках и CMB.

Что дальше?

В ближайшем будущем нас ждет новое поколение обзоров галактик, более точные данные и новые теоретические модели. Они, вероятно, и прольют свет на темные уголки Вселенной и, возможно, приведут нас к новому пониманию ее фундаментальных законов. Пока же мы можем лишь с нетерпением ждать новых открытий. Ведь чем больше загадок мы разгадываем, тем яснее становится, как много еще предстоит узнать о нашем удивительном мире.