Альтернативная космология без темной материи и темной энергии прошла проверки первичным нуклеосинтезом и кривыми вращения галактик
Физики провели две проверки космологической модели CCC+TL, в которой не требуются темная материя и темная энергия, возраст Вселенной оценивается в 26,7 миллиарда лет, а размерные фундаментальные константы меняются со временем. Расчет рождения легких элементов в первые минуты после Большого взрыва воспроизвел стандартные пропорции, а вращение 165 галактик модель описала не хуже прежних. Оба результата пока показали лишь внутреннюю согласованность и не были независимым подтверждением космологии.
Главная космологическая модель сегодня — Лямбда-CDM. В ней Вселенная состоит примерно на 5% из обычного вещества, на 27% из темной материи и на 68% из темной энергии. Оба темных компонента не видны напрямую, но без них уравнения не совпадают с наблюдениями: не сходятся ускорение расширения Вселенной, распределение галактик и реликтовое излучение.
В 2023 году физик Раджендра Гупта предложил другую картину. Поводом стали находки телескопа «Джеймс Уэбб» — галактики, которые при возрасте Вселенной 13,8 миллиарда лет выглядят слишком взрослыми. Гупта предположил, что с ростом Вселенной меняются фундаментальные константы, имеющие размерность длины: например, скорость света, постоянная Планка, гравитационная постоянная и заряд электрона. При этом безразмерные величины остаются прежними.
Второе предположение — часть красного смещения далеких галактик объясняется тем, что свет по дороге теряет энергию. Эту идею еще в 1929 году предлагал Фриц Цвикки. Такая модель растягивает космическую историю примерно втрое и дает возраст около 26,7 миллиарда лет. Темная энергия и частицы темной материи из картины исчезают. По этим двум предположениям (изменяющиеся константы и «уставший» свет) модель назвали CCC+TL (Covarying Coupling Constants + Tired Light).
Любая новая теория обязана сдать те же экзамены, что и стандартная. Для начала физики выбрали два испытания: первичным нуклеосинтезом и вращением дисковых галактик. Результаты опубликовали в журналах Universe и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Первый тест касался первичного нуклеосинтеза. В молодой Вселенной из протонов и нейтронов образовывались ядра гелия, дейтерия и лития, и стандартная физика предсказывает их доли с точностью до долей процента, хотя с литием у нее давно есть проблема. Риск для новой модели был такой: если время растянуто втрое, больше нейтронов успевает распасться, и гелия выйдет меньше.
Авторы исследования взяли классический расчетный код NUC123, который давно используют для расчетов первичного нуклеосинтеза, добавили в него один параметр масштаба и прогнали два варианта: обычный и с утроенным временем. Пропорции легких элементов почти не изменились. Причина в масштабной симметрии: если скорости ядерных реакций и время жизни нейтрона растягиваются вместе с темпом расширения, ключевые соотношения не меняются. Нейтрон живет втрое дольше, но и «часы тикают» втрое медленнее.
При этом допущение о синхронном масштабировании реакций — лишь предположение авторов научной работы, а не следствие теории. И у результата есть цена: при пониженной плотности обычного вещества модель смягчает давнюю «проблему лития» в 2,6 раза, но одновременно удваивает количество дейтерия. Оба несоответствия она не решает сразу.
Второй тест проверил динамику вращения галактик. Ученые взяли каталог SPARC с кривыми вращения 165 дисковых галактик и устроили турнир на равных условиях: одинаковая процедура, одинаковая оценка ошибок. Соперниками стали модифицированная ньютоновская динамика (MOND) и стандартные гало темной материи.
По ходу работы исследователи признали резкий обрыв плотности из своей ранней статьи нефизичным и заменили его плавным переходом, но без нового параметра. В итоге однопараметрическая модель дала среднюю ошибку 2,58 против 2,65 у MOND, подобранной под каждую галактику, и заметно обошла гало с ошибками около 7. У гало набрался большой хвост неудачных подгонок. Разница с MOND оказалась статистически незначима.
Любопытная деталь: параметр перехода в новой модели был неуниверсальным. Его значения разбросаны в шесть раз и зависят от размера галактики. Но если пересчитать его в характерное ускорение, разброс сжимается почти до уровня константы MOND — знаменитого «магического числа» этой теории. Возможно, оба подхода описывают одно и то же явление разными словами.
Критики отметили расхождение между параметрами модели CCC+TL и данными космических хронометров, указывающими на более старые возрасты галактик, чем предсказывает стандартная космология ΛCDM. Гупта ответил на это так, что методы оценки возрастов опираются на привычную физику и к его модели их надо применять с поправками, но отдельной проверки такой поправки пока нет.
При этом альтернативная космология прошла два независимых теста одними и теми же настройками — без подгонки под каждый отдельно. Пока это лишь повод проверять модель дальше: впереди реликтовое излучение со всеми его пиками и крупномасштабная структура Вселенной. Скептики напоминают: чтобы стать убедительной альтернативой, CCC+TL должна объяснить не отдельные аномалии, а тот же широкий набор наблюдений, что и ΛCDM, причем без чрезмерного роста числа допущений.
Отметим, что проблема слишком зрелых галактик 13 миллиардов лет назад имеет и другое решение, не требующее введния новых физических концепций вроде «уставшего света». Naked Science уже писал о таком объяснении — циклической Вселенной.
Telegram 
Дзен 
VK 
