«Подавленный» рост галактических скоплений намекнул на новую физику

Последние несколько десятков лет астрофизикам приходится опираться на так называемую стандартную космологическую модель. Это составленная учеными-теоретиками версия устройства и развития Вселенной, лучше которой до недавних пор ничего не находилось. В общем и целом она рисует такую картину, на которой около 70 процентов массы-энергии Вселенной — так называемая темная энергия, еще 20-25 процентов — темная материя, а все обычное вещество, то есть галактики, звезды, планеты и так далее составляют лишь жалкие четыре процента.

Напомним, темная энергия — это гипотетическая неизвестная сила, которая заставляет пустое пространство Вселенной расширяться, притом со все возрастающей скоростью. Темная материя — предполагаемое нечто, которое с понятным нам веществом взаимодействует только гравитационно: оно притягивает своей огромной массой и больше никак себя не проявляет. Таким образом, есть две противоположные силы: гравитация, которая собирает вещество в скопления, и нечто вроде антигравитации, которая расширяет пространство-время между этими скоплениями.

При этом стандартная модель описывает, как все это со временем развивается и видоизменяется. Она предполагает, что под влиянием темной материи обычная сначала образовала звезды и галактики, а потом они стали собираться во все более и более крупные структуры и в конце концов образовали невообразимые нити вселенской «паутины». Как объясняют ученые, именно так должна работать так называемая холодная темная материя: некие медленно движущиеся воображаемые частицы.

Много лет назад этой теории противопоставлялась версия «горячей» темной материи, по которой эволюция вещества во Вселенной должна была происходить совершенно наоборот: сначала появились сверхскопления, а потом они постепенно разделялись на что-то более мелкое. Но эту версию давно отбросили и сейчас занимаются поиском частиц холодной темной материи.

Тем временем продолжает озадачивать расширение Вселенной, то есть действие темной энергии. Дело в том, что скорость (а вернее, ускорение) этого расширения измеряли двумя разными способами и получили два разных результата. По свету ярких переменных звезд цефеид и вспышкам сверхновых вычислили, что при расстоянии между двумя объектами 3,26 миллиона световых лет (один мегапарсек) они удаляются друг от друга со скоростью 73 километра в секунду, при удвоении дистанции эта скорость тоже удваивается и так далее.

То же самое измеряли по древнему, так называемому реликтовому излучению. Это очень слабое электромагнитное «эхо» Большого взрыва. По нему вышло не 73, а всего 68 километров в секунду на каждый мегапарсек расстояния. Можно подумать, что в самом начале истории Вселенной она расширялась не так, как сейчас. Эту разницу назвали напряженностью Хаббла. Ее предложили объяснить тем, что темная энергия со временем меняет свои свойства. Как вариант, от взаимодействия с темной материей. Так возникла гипотеза динамической темной энергии.

Недавно астрофизики из США решили все это проверить на примере крупных галактических структур, расположенных сравнительно недалеко от нас. Результатами они поделились в статье для Physical Review Letters (доступна на сервере препринтов Корнеллского университета). Ученым удалось определить, как выбранные многочисленные галактики движутся не только по отношению к нам, но и по отношению друг к другу, то есть как растут и развиваются их скопления.

По словам исследователей, они наблюдают «подавленный» рост крупных галактических структур: он идет слишком медленно для того, чтобы можно было считать его происходящим под влиянием динамической темной энергии. Значит, напряженность Хаббла в данном случае не получила шансов на объяснение, по крайней мере с помощью изменяющейся темной энергии, и загвоздка в стандартной космологической модели сохраняется. Астрофизики подозревают, что для разрешения этой вселенской головоломки может понадобится фундаментально другая теория.