Стандартное представление о космической эволюции может оказаться под сомнением из-за открытия огромной галактики, в которой, по-видимому, отсутствует темная материя. Тёмная материя, составляющая около 85% материи во Вселенной отсутствует в галактике NGC 1277, входящей в скопление галактик Персея. Эта галактика, расположенная в 240 миллионах световых лет от Земли, является первым скоплением звёзд, планет, пыли и газа размером с Млечный Путь, в котором обнаружено отсутствие тёмной материи.
Тёмная материя фактически невидима, поскольку она не взаимодействует со светом, как обычная материя, из которой состоят звёзды, планеты и мы. Однако о её присутствии можно судить по её гравитационному взаимодействию. Существование этой теневой субстанции было впервые высказано, когда астрономы наблюдали массивные галактики, вращающиеся с такой скоростью, что они разлетелись бы на части, если бы не гравитационное воздействие некоей невидимой массы, удерживающей их вместе. Исследование группы опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics в 2023 году.
Этот факт привёл учёных к гипотезе о том, что все крупные галактики окутаны оболочкой из тёмной материи, и это стало важным предположением при разработке теорий эволюции галактик. Однако открытие галактики, в которой, по-видимому, нет тёмной материи, ставит под сомнение это предположение.
Уменьшенное изображение галактики NGC 1277, полученное телескопом «Хаббл», которая находится недалеко от центра скопления Персея, состоящего из более чем 1000 галактик и расположенного на расстоянии 240 миллионов световых лет от Земли. Институт астрофизики Канарских островов/П. Кехусма/НАСА/ЕКА
NGC 1277, считающаяся космическим реликтом, выделяется среди галактик тем, что практически не взаимодействует с другими окружающими галактиками. Такие галактики считаются остатками гигантских галактик, существовавших в ранней Вселенной. Таким образом, эти реликтовые галактики играют важную роль в понимании астрономами того, как образовались первые галактики.
Для содействия этому направлению исследований Камерон и его коллеги наблюдали реликтовую галактику NGC 1277 с помощью прибора, называемого спектрографом интегрального поля. Это позволило им составить карту движения галактики, определить её массу и её распределение.
Это показало, что распределение общей массы NGC 1277, которая должна включать тёмную материю, совпадает с распределением массы её обычного вещества, то есть звёзд, пыли, газа и планет. Это означает, что в пределах радиуса галактики содержание тёмной материи не может превышать 5%, но результаты скорее согласуются с предположением о её полном отсутствии в NGC 1277.
Это удивительно, поскольку в настоящее время общепринятые модели космической эволюции, включая стандартную модель космологии, предполагают, что NGC 1277 должна состоять на 10–70 % из темной материи.
На иллюстрации показана обычная галактика, окутанная гало тёмной материи, и NGC 1277, в которой наблюдается отсутствие этой загадочной формы материи. ESO 325-G004: NASA, ESA
У ученых, стоящих за этим открытием, есть несколько идей относительно того, почему в NGC 1277 так мало темной материи. Одна из гипотез заключается в том, что гравитационное взаимодействие с окружающей средой внутри скопления галактик, в котором находится эта галактика, привело к вытеснению тёмной материи. Вторая гипотеза заключается в том, что тёмная материя была вытеснена из системы, когда галактика образовалась путём слияния протогалактических фрагментов, что и привело к появлению реликтовой галактики.
Команда не полностью удовлетворена ни одним из объяснений и поэтому продолжит исследование NGC 1277 с помощью телескопа Уильяма Гершеля (WHT) в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на Канарском острове Ла-Пальма.
Если будущие исследования подтвердят, что в этой реликтовой галактике отсутствует самая загадочная форма материи во Вселенной, учёные полагают, что это не поставит под сомнение существование тёмной материи. Напротив, команда полагает, что это поставит под сомнение альтернативы моделям тёмной материи, так называемые модифицированные теории гравитации.
Тёмная материя в конкретной галактике может исчезнуть, изменённый закон всемирного тяготения должен быть универсальным; он не может иметь исключений. Поэтому галактика без тёмной материи — это опровержение подобного рода альтернативы тёмной материи.
Новые подсказки об эволюции тёмной энергии стали частью одной из самых подробных карт космоса, когда-либо созданных, созданной на основе данных, собранных за первый год спектроскопическим прибором для исследования тёмной энергии (DESI). 5000 роботизированных глаз прибора собирают свет от миллионов галактик, охватывающих более трети всего неба, видимого с Земли. Затем этот свет разлагается на спектр цветов, что позволяет учёным измерять расширение Вселенной за миллиарды лет, измеряя изменение длины волны света, называемое «красным смещением».
Современная «стандартная модель» космоса, его истории и эволюции называется моделью лямбда-холодной темной материи (LCDM), но превосходство этой модели, в которой лямбда представляет космологическую постоянную и темную энергию, теперь может оказаться под серьезной угрозой.
Это связано с тем, что новые наблюдения космоса свидетельствуют о том, что тёмная энергия, сила, заставляющая нашу Вселенную расширяться всё быстрее и быстрее, по-видимому, ослабевает. Само по себе это может показаться не таким уж значительным, но это открытие потенциально может привести к первому серьёзному сдвигу парадигмы в космологии с момента открытия ускоренного расширения Вселенной чуть более 25 лет назад. Это может даже указывать на то, что наша Вселенная закончится не «Большим разрывом» или «Большим охлаждением», а «Большим сжатием».
Модель LCDM предполагает, что сразу после Большого взрыва Вселенная была чрезвычайно плотной и невероятно горячей, но в то же время удивительно гладкой и более или менее одинаковой или однородной во всех направлениях.
По мере расширения Вселенной начали возникать небольшие флуктуации плотности, и эти плотные области росли. Сгустки тёмной материи начали конденсироваться по мере эволюции Вселенной, а новообразованные атомы собирались и стимулировали движение молекул газа внутри этих сгустков. В результате Вселенная оказалась заполненной практически только водородом и гелием (двумя самыми лёгкими и простыми химическими элементами) и тёмной материей.
Соединение электронов с протонами, приведшее к образованию первых атомов, внезапно дало свету возможность свободно перемещаться, и этот первый свет сегодня наблюдается как космический микроволновый фон (РКФ), «ископаемое» излучение, которое может многое рассказать нам об истории Вселенной.
Области более высокой плотности стягивали газ и тёмную материю, формируя зародыши первых галактик в модели LCDM, которые в результате коллапса породили протогалактики. В этих ранних галактиках водород и гелий образовали первые звёзды. В конце концов, протогалактики и гало вокруг них слились, образовав всё более крупные галактики.
Однако важно отметить, что в этой модели тёмная энергия представлена лямбдой. Предполагается, что лямбда постоянна во времени.
DESI обнаружил, что „уравнение состояния“ Вселенной не согласуется с обычной моделью LCDM, но вместо этого указывает на то, что тёмная энергия меняется со временем. Эти результаты открывают окно для моделей переменной тёмной энергии, поскольку они демонстрируют отход от постоянного уравнения состояния.
Если эти новые выводы DESI окажутся точными (а в настоящее время они, судя по всему, чрезвычайно надежны), то космологическая постоянная, возможно, больше не будет подходящим представителем загадочной силы темной энергии.
В 1915 году Альберт Эйнштейн выдвинул, пожалуй, самую революционную из своих теорий — общую теорию относительности, в которой гравитация описывалась как концепция, возникающая из-за искривления пространства и времени — искривления, вызванного телами, имеющими массу.
Два года спустя, в 1917 году, Эйнштейн и голландский астроном Виллем де Ситтер продемонстрировали, что уравнения общей теории относительности могут быть использованы для описания Вселенной, пусть и весьма упрощённой. Однако возникла проблема: Вселенная, описываемая уравнениями общей теории относительности, не описывала Вселенную, которая находится в состоянии покоя. В то время в физике было общепринятое мнение, что Вселенная статична, не расширяется и не сжимается, и Эйнштейн с этим соглашался. Поэтому он добавил к своим уравнениям своего рода «коэффициент»: космологическую постоянную, или лямбду.
Это сбалансировало вселенную, добавив правильное притяжение и толчок, чтобы она оставалась статичной.
Примерно 12 лет спустя, в 1929 году, Эдвин Хаббл, изучая далёкие галактики, обнаружил, что свет от них растягивается, или «смещается в красную область». Он заметил, что чем дальше находилась галактика, тем сильнее был этот эффект. Это указывало на то, что Вселенная не статична, а фактически расширяется. Следующие семь десятилетий учёные пытались измерить скорость этого расширения, определяемую величиной, называемой «постоянной Хаббла».
На снимке с длинной выдержкой видны следы звёзд над Землёй. Если ускорение расширения Вселенной остаётся постоянным на протяжении веков, такие изображения были бы невозможны. Максим Сенин
Не имея больше необходимости описывать статическую Вселенную, Эйнштейн исключил космологическую постоянную из своих уравнений Вселенной, якобы назвав введение лямбды своей « величайшей ошибкой ». Однако космологическая постоянная недолго оставалась на космической свалке. К концу XX века лямбда вернулась с большим размахом, причём в новой роли.
В 1998 году две отдельные группы астрономов, наблюдая за далёкими сверхновыми типа 1a и используя их для измерения космических расстояний, обнаружили, что расширение Вселенной на самом деле не замедляется, как можно было бы ожидать. Оно ускоряется. Тогда была введена тёмная энергия в качестве заменителя того, что, по-видимому, является причиной этого ускоряющегося расширения.
Во многих моделях космоса, включая распространенную модель LCDM, темная энергия представлена спасенной космологической постоянной, или лямбдой, которая теперь противостоит гравитации и раздвигает саму ткань пространства и времени со все возрастающей скоростью.
Тем не менее, после введения космологической постоянной в качестве величины, характеризующей ускоренное расширение пространства, она оставалась проблемой. Значения, полученные в результате наблюдения далёких сверхновых, и значение, предсказываемое теориями квантовой физики, продолжают сильно различаться, расходясь вплоть до 10 в степени 121 (единица со 121 нулем).
Иллюстрация данных первого года работы спектроскопического прибора темной энергии (DESI), показывающая фрагмент более крупной трехмерной карты, которую DESI создает в ходе своего пятилетнего исследования. DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P.Horálek/R.Proctor
Есть один сценарий, в котором, если темная энергия является неизменной космологической константой, за миллиарды лет все галактики удалятся друг от друга так далеко, что ночное небо над Землей станет пустым. Это может привести к тому, что Вселенная превратится в холодный космос, состоящий из далеко разбросанных мёртвых галактик, в так называемом сценарии «Большого холода». В качестве альтернативы, продолжающееся ускоренное расширение может привести к разрыву самой ткани пространства-времени, в сценарии, известном как «Большой разрыв».
Смотрите также... Немного о кошках: история одомашнивания и интересные факты о поведении домашних питомцев |
Однако новая карта DESI может указывать на иную космическую судьбу, при которой Вселенная снова схлопнется, достигнув горячего и плотного состояния, наблюдаемого сразу после Большого взрыва. Если результаты первого года исследований DESI верны, то ускоренное расширение Вселенной прекратится и в конечном итоге обратится вспять, и Вселенная может начать сжиматься под действием гравитации. В конечном итоге это может привести к тому, что Вселенная погибнет в сценарии „Большого сжатия “.
Второй и третий годы работы телескопа DESI ученые будут исследовать искажения пространства, связанные с красным смещением.
Намеки на эволюцию тёмной энергии, составляющей около 70% массы и энергии Вселенной, впервые были получены в 2024 году с помощью спектроскопического инструмента для измерения тёмной энергии (DESI). Это открытие стало шокирующим, поскольку лучшее из имеющихся у нас описаний космоса – стандартная модель космологии, или модель лямбда-холодной тёмной материи (LCDM), – предсказывает, что тёмная энергия должна быть постоянной во времени.
Новые результаты 2025 года, предоставленные проектом «Космология сверхновых» и включающие 2087 детонирующих звезд-вампиров, также называемых стандартизированными сверхновыми типа 1a, представляют собой еще одну линию доказательств того, что темная энергия не постоянна и что LCDM может нуждаться в пересмотре.
Если темная энергия ослабевает, это будет иметь последствия для нашего понимания того, как закончится существование космоса.
Сверхновая 1994D рядом с галактикой NGC 4526. NASA, ESA, The Hubble Key Project Team и The High-Z Supernova Search Team
Сверхновые типа 1a представляют собой звёздные остатки, называемые белыми карликами, которые остаются после смерти звёзд размером с Солнце. Находясь в тесном двойном партнёрстве с другими звёздами, эти звёздные «трупы» могут похищать вещество, подобно космическому вампиру.
Этот материал накапливается на белом карлике до тех пор, пока масса мёртвой звезды не превысит так называемый предел Чандрасекара, составляющий примерно 1,4 массы Солнца. Превышение этого предела означает, что белый карлик может стать сверхновой.
В результате взрыва образуются сверхновые типа 1a, которые служат астрономам полезным инструментом для измерения, поскольку их световой поток постоянен от события к событию. Сравнивая сверхновые типа 1a на разных расстояниях и наблюдая, как их свет смещается в красную область спектра вследствие расширения Вселенной, можно получить значение скорости расширения Вселенной (постоянную Хаббла). Это значение можно использовать для понимания влияния тёмной энергии на космос в разное время.
Эта история весьма показательна, поскольку именно изучение 50 сверхновых типа 1a в 1998 году впервые подтолкнуло астрономов к мысли о существовании темной энергии.
Сверхновая типа 1a SN 2011fe, обнаруженная в галактике Вертушка. BJ Fulton/Palomar Transient Factory
С тех пор астрономы наблюдали ещё 2000 сверхновых типа 1a с помощью разных телескопов. Новый проект Union3 устраняет любые различия между наблюдениями, вызванные разными астрономическими инструментами, например, дрейфом фильтров телескопов со временем, и собирает самый большой в истории стандартизированный набор данных о сверхновых типа 1a.
Union3 содержит данные о 2087 сверхновых из 24 различных наборов данных, охватывающих 7 миллиардов лет космического времени. Он основан на 557 сверхновых, каталогизированных в исходном наборе данных Union2.
Анализ Union3 действительно, похоже, подтверждает результаты DESI о том, что темная энергия ослабевает со временем, но результаты пока не окончательны.
Набор данных по сверхновым типа 1a, собранный группой исследователей, будет расширен за счёт добавления ещё трёх наборов данных в 2026 году. Два из них будут содержать данные о сверхновых с высоким красным смещением, наблюдаемых на больших расстояниях, а один будет содержать данные о более локальных сверхновых с низким красным смещением. По словам исследователей, это должно помочь лучше калибровать новые результаты.
Смотрите также... HTML, CSS-шпаргалка с примерами - тег IMG, figure и picture. Адаптирование, форматирование, эффекты Полный список обработчиков событий HTML / Javascript с примерами |
