В новой модели эволюции Вселенной нет места темной материи

С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» мы находим все больше галактик в молодой Вселенной, общая масса и старые звезды которых не совсем вписываются в принятые гипотезы об эволюции таких объектов. В современном космосе галактики и звезды растут значительно медленнее. Многие ученые считают, что причина быстрого роста первых звезд и галактик — особые условия в молодой Вселенной. Другие же уверены, что пересматривать нужно не модели формирования звезд, а всю стандартную космологическую модель. Одну такую альтернативную теорию развивает Раджендра Гупта — профессор физики из Оттавского университета (Канада).

Он объединил гипотезу о том, что фундаментальные физические константы меняются с развитием Вселенной (модель CCC, сovarying сoupling сonstants), и модель «старения света» (TL). Согласно последней, летящие сквозь пространство фотоны «устают», то есть теряют энергию, от столкновений с другими частицами, именно поэтому возникает красное смещение (из-за меньшей энергии увеличивается длина световой волны).

«В стандартной космологии считается, что ускоряющееся расширение Вселенной провоцирует темная энергия. На самом деле причина не в темной энергии, а в слабеющих с расширением силах природы», — объяснил Гупта.

Чтобы подтвердить альтернативную модель CCC+TL, ее нужно проверить на множестве доступных сегодня данных наблюдений. В частности, на «стандартном» наборе: барионных акустических осцилляциях, реликтовом излучении, первичном нуклеосинтезе и возрасте шаровых звездных скоплений. В новой работе, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal, физик протестировал ее на «следах» барионных акустических осцилляций.

Что такое барионные акустические осцилляции? В первичной плотной горячей плазме «новорожденной» Вселенной взаимодействие сил притяжения и отталкивания порождало «звуковые волны» в материи (осцилляции). Из-за этого вещество перестало быть таким уж однородным. Когда оно охладилось, более плотные области наконец притянули материю, и так образовались первые звезды и галактики.

Во-первых, эти звуковые волны «отпечатались» в реликтовом излучении. Во-вторых, их «следы» должны быть видны в распределении галактик в более современной Вселенной. Именно на этих данных Гупта проверил свою альтернативную модель CCC+TL.

В расчете по галактикам ученый использовал результаты расчетов из работы коллег. Там астрофизики взяли сотни тысяч галактик, свет которых шел до нас от 1,4 до шести миллиардов световых лет (красное смещение z = 0,11 до 0,65), распределили их на несколько групп по расстоянию и посчитали для них значение «следов» барионных осцилляций (первичная работа и две работы, расширяющие диапазон исследования: тут и тут). У Гупты расчеты по этим данным наблюдений совпали с предсказанными по его модели CCC+TL.

Теоретически, если следовать стандартной космологической модели, в которой космологические постоянные не меняются, эти данные должны коррелировать со «следами» осцилляций в реликтовом излучении. В модели CCC+TL постоянные не остаются таковыми.

По результатам расчетов получилось, что в модели CCC+TL «горизонт звука» на несколько порядков отличается от стандартной космологической модели. «Горизонт звука» — то, насколько «звуковые волны» успели разлететься в первичной плазме до того, как она остыла. По стандартной модели — на 135 килопарсек. По модели CCC+TL — на 15,5 мегапарсека.

Это ожидаемо, потому что по CCC+TL получается, что и возраст Вселенной в два раза больше — 26,7 миллиарда лет. Все в ней развивалось с «нормальной» скоростью, и у первых звезд с галактиками было достаточно времени на формирование. В то же время для объяснения их формирования уже не нужна темная материя. Проблема CCC+LT в том, что хоть она и может объяснить данные наблюдений через изменение «постоянных», невозможно экспериментально доказать, что эти изменения действительно были.

Отметим, что гипотеза о «старении света» считается опровергнутой. Например, еще советский астроном Яков Зельдович подчеркивал, что красное смещение в модели «старения света» должно быть разным при разных длинах волн — то есть спектральная картина ранней Вселенной должна иметь совсем другие распределения типичных спектров, чем для окружающей нас поздней Вселенной. Однако на практике этого не наблюдается.

Независимость красного смещения от длины волны наблюдаемых источников из древней Вселенной легко объяснить исходя из того, что она расширяется. Тогда фотоны по пути из ранней Вселенной к нам, в позднюю, просто растягиваются вместе с пространством, что и меняет длину их волны. Но в модели «старения света» расширения Вселенной нет, а значит, независимость красного смещения для разных длин волн по сути необъяснима.