До решения загадки темной энергии один шаг?

Команда астрономов NASA и ЕКА хочет выяснить природу темной энергии совершенно новым методом: измерив свойства гравитационных линз в скоплении галактик Абель 1689 в созвездии Девы, которое имеет такую массу, что искажает траектории лучей света очень отдаленных галактик. Использование Hubble позволит астрономам реконструировать путь света от далеких галактик к Земле и оценить влияние темной энергии на геометрию пространства.

Звезды, планеты, облака пыли составляют лишь незначительную часть массы и энергии во Вселенной. Гораздо больше в ней загадочной темной материи, которая пронизана неизвестной нам темной энергией. Темная материя и энергия составляют около 95% массы Вселенной – это удалось выяснить после длительных расчетов их гравитационного воздействия на обычную материю. По мнению ученых, расклад вещества во Вселенной выглядит (очень приблизительно) следующим образом: обычное видимое вещество – 5%, нейтрино – до 3%, темная материя – 22%, темная энергия – 70%. Естественно, изучение ключевых элементов мироздания представляет собой важнейшую задачу, но с момента их открытия в 1998 году мы до сих пор не знаем практически ничего об основной части окружающего нас мира. И если темную материю еще можно представить как неизлучающие и не вступающие в электромагнитное взаимодействие частицы, то темная энергия все еще остается загадкой. А ведь ученые считают, что давление, оказываемое ею, заставляет Вселенную расширяться со все возрастающей скоростью.

На иллюстрации показано скопление галактик Abell 1689 с распределением массы гравитационной линзы (фиолетовая). Масса этой линзы состоит частично из обычной (барионной), а частично из темной материи. Искаженные линзой галактики хорошо видны по краям гравитационных линз. Характеристики изображения таких галактик зависят от распределения материи в линзе и соотношения геометрии линзы и удаленных галактик, так же как и от влияния темной энергии на геометрию Вселенной.

Как мы узнали о темной энергии? Альберт Эйнштейн очень хотел сделать космологическую модель в общей теории относительности независимой от времени. Для этого он придумал некую постоянную "Λ". Для Энштейна она была формальностью, без смысла и содержания, он даже переживал, что "пустая" буква портит его красивые расчеты и считал ее своей самой большой научной ошибкой.

Однако через десятки лет выяснилось, что постоянная Хаббла (характеризует темп расширения Вселенной и равна примерно 70 км/(с·Мпк) меняется со временем. И объяснить это изменение можно только той самой "Λ", которую и стали называть темной энергией.

Работая с теорией относительности и проводя тысячи различных наблюдений и экспериментов, ученые выяснили странные свойства темной энергии. Основное удивительное открытие: она равномерно распределена по всей Вселенной – и в межгалактическом пространстве, и внутри звездного скопления ее строго одинаковое количество. Также темная энергия обладает антигравитационными свойствами (отрицательным давлением) - она расширяет саму себя и тем самым ускоряет и обычное вещество (отсюда и разбегание галактик).

В роли темной энергии может выступать вакуум, но есть гипотеза, что это некое сверхслабое поле, получившее название квинтэссенция. В общем, одни догадки и никаких достоверных данных.

"Геометрия, составляющие части (вещество и энергия) и развитие Вселенной тесно связаны между собой. Нужно изучить два элемента и тогда станет понятно устройство третьего", - объяснил один из авторов нового проекта Приамвада Натарьян (Priyamvada Natarajan). Метод ученых потребовал нескольких лет для создания многочисленных специализированных математических моделей и точных карт обычного и темного вещества в скопления Абель 1689.

Их расчеты и измерения Hubble в сочетании с данными других методов существенно повысят точность измерения свойств темной энергии. Что, возможно, в конечном итоге приведет к объяснению этого загадочного явления.