Изображение предоставлено: ESA
Лишь несколько лет назад астрономы встряхнули современные модели Вселенной с теорией темной энергии; что говорит о том, что расширение Вселенной на самом деле ускоряется. Посмотрев на отдаленные скопления галактик - на расстоянии до 10 миллиардов световых лет - астрономы ЕКА обнаружили, что они содержат больше концентрированного вещества, чем предсказывает теория темной энергии. Если бы материя была настолько сконцентрирована, Вселенная не могла бы быть на 70% темной энергией.
Рентгеновская обсерватория ЕКА XMM-Newton вернула дразнящие новые данные о природе Вселенной. В обзоре далеких скоплений галактик XMM-Newton обнаружил загадочные различия между сегодняшними скоплениями галактик и теми, что присутствуют во Вселенной около семи тысяч миллионов лет назад. Некоторые ученые утверждают, что это может быть истолковано как означающее, что «темная энергия», которую большинство астрономов теперь считают доминирующей во Вселенной, просто не существует?
Наблюдения за восемью отдаленными скоплениями галактик, самая дальняя из которых находится на расстоянии около 10 тысяч миллионов световых лет, были изучены международной группой астрономов под руководством Дэвида Лумба из Центра космических исследований и технологий ЕКА (ESTEC) в Нидерландах. Они сравнили эти скопления с найденными в соседней Вселенной. Это исследование было проведено в рамках более крупного проекта XMM-Newton Omega, который исследует плотность вещества во Вселенной под руководством Джима Бартлетта из Колледжа де Франс.
Скопления галактик являются потрясающими источниками рентгеновских лучей, потому что они содержат большое количество высокотемпературного газа. Этот газ окружает галактики так же, как пар окружает людей в сауне. Измеряя количество и энергию рентгеновских лучей из кластера, астрономы могут определять как температуру кластерного газа, так и массу кластера.
Теоретически, во Вселенной, где плотность вещества высока, скопления галактик будут продолжать расти со временем, и поэтому в среднем должно содержать больше массы, чем в прошлом.
Большинство астрономов считают, что мы живем во Вселенной с низкой плотностью, в которой загадочное вещество, известное как «темная энергия», составляет 70% от содержания космоса и, следовательно, пронизывает все. В этом сценарии скопления галактик должны перестать расти на ранних этапах истории Вселенной и выглядеть практически неотличимыми от современных.
В статье, которая скоро будет опубликована европейским журналом Astronomy and Astrophysics, астрономы из проекта XMM-Newton Omega представляют результаты, показывающие, что скопления галактик в далекой Вселенной не похожи на галактики сегодняшнего дня. Кажется, они дают больше рентгеновских лучей, чем сегодня. Очевидно, что скопления галактик со временем изменили свой внешний вид.
В сопроводительной статье Ален Бланшар из Лаборатории миди-пиринесов и его команды использует результаты этих исследований, чтобы рассчитать, как изобилие скоплений галактик меняется со временем. Бланшар говорит: «В прошлом было меньше скоплений галактик».
Такой результат указывает на то, что Вселенная должна быть средой высокой плотности, что явно противоречит «модели согласования», которая постулирует Вселенную с темной энергией до 70% и очень низкой плотностью вещества. Бланшар знает, что этот вывод будет весьма спорным, говоря: «Для учета этих результатов у вас должно быть много вещества во Вселенной, и это оставляет мало места для темной энергии».
Чтобы согласовать новые наблюдения XMM-Ньютона с моделями согласования, астрономам пришлось бы допустить фундаментальный пробел в своих знаниях о поведении скоплений и, возможно, галактик внутри них. Например, галактики в далеких скоплениях должны были бы впрыскивать больше энергии в окружающий их газ, чем понимается в настоящее время. Затем этот процесс должен постепенно уменьшаться по мере старения скопления и галактик внутри него.
Независимо от того, каким образом интерпретируются результаты, XMM-Ньютон дал астрономам новое понимание Вселенной и новую загадку, которую нужно разгадать. Что касается возможности того, что результаты XMM-Ньютона просто неверны, они находятся в процессе подтверждения другими рентгеновскими наблюдениями. Если они ответят одинаково, нам, возможно, придется переосмыслить наше понимание Вселенной.
Содержание Вселенной
Считается, что содержание Вселенной состоит из трех типов вещества: нормальная материя, темная материя и темная энергия. Нормальная материя состоит из атомов, из которых состоят звезды, планеты, люди и все другие видимые объекты во Вселенной. Как бы унизительно это ни звучало, нормальная материя почти наверняка составляет небольшую часть Вселенной, где-то между 1% и 10%.
Чем больше астрономов наблюдали за Вселенной, тем больше материи им нужно было найти, чтобы объяснить все это. Однако этот материал не может быть сделан из нормальных атомов, иначе было бы видно больше звезд и галактик. Вместо этого они придумали термин «темная материя» для этого специфического вещества именно потому, что оно ускользает от нашего обнаружения. В то же время физики, пытающиеся углубить понимание сил природы, начинали считать, что во Вселенной должно быть много новых и экзотических частиц материи. Они вряд ли когда-либо будут взаимодействовать с нормальной материей, и многие теперь считают, что эти частицы являются темной материей. В настоящее время, несмотря на то, что проводится много экспериментов по обнаружению частиц темной материи, ни один из них не был успешным. Тем не менее, астрономы все еще считают, что где-то между 30% и 99% Вселенной может состоять из темной материи.
Темная энергия - последнее дополнение к содержанию Вселенной. Первоначально Альберт Эйнштейн представил идею всепроникающей «космической энергии», прежде чем он знал, что Вселенная расширяется. Расширяющаяся Вселенная не нуждалась в «космологической постоянной», как Эйнштейн назвал свою энергию. Однако в 1990-х годах наблюдения за взрывающимися звездами в далекой Вселенной показали, что Вселенная не только расширяется, но и ускоряется. Единственный способ объяснить это - вернуть космическую энергию Эйнштейна в слегка измененную форму, называемую темной энергией. Никто не знает, какой может быть темная энергия.
В популярной в настоящее время «модели согласования» Вселенной 70% космоса считается темной энергией, 25% темной материей и 5% нормальной материей.
Источник: ESA News Release
