Ученых поразил результат космологической постоянной
В течение последней четверти века ученые верили, что «обычные» вещества, такие как атомы и молекулы, из которых состоит наша планета, составляют лишь 5% Вселенной. Еще 25% - это «темная материя», - неизвестное вещество, которое мы не можем видеть, но которое мы можем обнаружить по тому, как оно воздействует на обычную материю через гравитацию. Оставшиеся 70% космоса состоят из «темной энергии». Обнаруженная в 1998 году, это неизвестная форма энергии, которая, как полагают специалисты, заставляет вселенную расширяться со все возрастающей скоростью.
В новом исследовании, ученые измерили свойства темной энергии более подробно, чем когда-либо прежде. Результаты показали, что это может быть гипотетическая энергия вакуума, впервые предложенная Эйнштейном, или это может быть что-то более странное и сложное, что меняется со временем.
Когда Эйнштейн более века назад разработал Общую теорию относительности, он понял, что его уравнения показывают, что вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Это показалось ему неправильным, поэтому он добавил «космологическую постоянную» - разновидность энергии, присущей пустому пространству, чтобы уравновесить силу притяжения и сохранить Вселенную статичной.
Позже, когда работа Генриетты Свон Ливитт и Эдвина Хаббла показала, что вселенная действительно расширяется, Эйнштейн отказался от космологической постоянной, назвав ее своей «величайшей ошибкой». Однако, в 1998 году две группы исследователей обнаружили, что расширение Вселенной на самом деле ускоряется. Это означает, что нечто, очень похожее на космологическую постоянную Эйнштейна, все-таки может существовать - то, что мы сейчас называем темной энергией.
С момента первоначальных измерений, ученые использовали сверхновые и другие зонды для измерения природы темной энергии. До сих пор эти результаты показывали, что плотность темной энергии во Вселенной, по-видимому, постоянна. Это означает, что сила темной энергии остается неизменной, даже по мере роста Вселенной. Измерение происходит с помощью числа, называемого w. Космологическая постоянная Эйнштейна фактически установила w равным -1, и более ранние наблюдения показали, что это примерно так.
Измерение Вселенной, а также вычисление скорости ее роста, происходит с помощью «стандартных свечей» - объекты в космосе, яркость которых неизвестна. Например, представим, что среди ночи вы стоите на длинной дороге с несколькими фонарными столбами. На всех этих столбах горят одинаковые лампочки, но полюса, расположенные дальше, слабее, чем соседние. Все потому, что свет тускнеет пропорционально расстоянию. Если мы знаем мощность лампочки и можем измерить, насколько яркой кажется лампочка, мы можем рассчитать расстояние до фонарного столба.
Для астрономов обычная космическая лампочка - это разновидность взрывающейся звезды, называемой сверхновой типа Ia. Это звезды-белые карлики, которые часто всасывают вещество из соседней звезды и растут, пока не достигнут массы, в 1,44 раза превышающей массу нашего Солнца, после чего они взрываются. Измеряя, как быстро затухает взрыв, ученые могут определить, насколько ярким он был и, следовательно, на каком расстоянии от нас.
Исследование темной энергии - крупнейшая попытка измерить темную энергию. Более 400 ученых на разных континентах почти десятилетие работают вместе, постоянно наблюдая участки южного неба. Повторные наблюдения позволяют нам искать изменения, например, новые взрывающиеся звезды. Чем чаще наблюдать, тем лучше можно измерить эти изменения, и чем больше область поиска, тем больше сверхновых можно найти.
Первые результаты, указывающие на существование темной энергии, использовали всего пару десятков сверхновых. Последние результаты исследования темной энергии используют около 1500 взрывающихся звезд, что дает гораздо большую точность.
С помощью специальной камеры, установленной на 4-метровом телескопе Blanco в обсерватории Серро-Тололо в Чили, исследователи обнаружили тысячи сверхновых различных типов. Чтобы определить, какие из них относятся к типу Ia, специалистам пришлось использовать 4-метровый телескоп в обсерватории Сайдинг-Спринг в Новом Южном Уэльсе.
Англо-австралийский телескоп провел измерения, которые разделили цвета света от сверхновых. Это позволило увидеть «отпечаток пальца» отдельных элементов при взрыве. Сверхновые типа Ia обладают некоторыми уникальными свойствами, например, не содержат водорода и кремния.
Наконец, после более чем десятилетней работы и изучения около 1500 сверхновых типа Ia, исследование темной энергии дало новое лучшее измерение w. Ученые обнаружили, что w = -0.80 ± 0.18, что примерно где-то между -0.62 и -0.98.
По словам экспертов, это очень интересный результат. Ведь, чтобы быть космологической постоянной, или энергией пустого пространства, она должна быть равна ровно -1.
