5.6K
В течение почти 20 лет физикам известно, что Вселенная расширяется ускоренно. По одной из теорий это странное ускорение возникает из-за таинственной темной энергии, растягивающей пространство. С другой стороны, это может свидетельствовать о не совсем верном понимании гравитации.
Физики ожидали, что расширение Вселенной замедляется, так как галактики тянутся друг к другу под действием силы тяжести. Но в 1998 году две независимые группы ученых проследили историю расширения пространства путем изучения сверхновых типа Iа. Обе команды обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется, предположив, что именно темная энергия раздувает ее как воздушный шар.
Тем не менее, вполне возможно, что темной энергии не существует и что Общая теория относительности Альберта Эйнштейна не совсем верна. В своем труде ученый сделал вывод, что гравитация возникает из-за искривления пространства-времени массой и энергией. В Общей теории относительности, с учетом распределения массы и энергии, пространство-время изгибается, чтобы свести к минимуму свое искривление (обозначается R). Но в так называемой f(R) теории, пространство-время искажается, минимизируя не только кривизну, но и некоторые ее дополнительные функции. Это создает еще одну силу, которая может либо притягивать, либо отталкивать при различных условиях.В 2007 году физики теоретики показали, что при правильном выборе функции f(R) можно объяснить ускоряющееся расширение Вселенной, не прибегая к темной энергии. Чтобы все получилось, дополнительная сила должна исчезать, когда гравитация очень сильна, например, в пределах галактики или в ранней Вселенной, и возникать на больших масштабах в более поздние времена.
Для проверки таких теорий физики должны изучить Вселенную на огромных масштабах. В прошлом году ученые протестировали теорию f(R), подсчитав количество галактических скоплений, охватывающих миллионы световых лет. Если таинственная сила растягивает пространство, то это должно замедлять образование массивных скоплений, и их количество должно быть меньше, чем предсказывает теория f(R). В итоге исследователи установили, что количество скоплений согласуется с наличием темной энергии. Однако, анализ был достаточно трудоемким. Ученые должны были оценить массу каждого из скоплений, состоящих в основном из невидимой темной материи. В итоге, опираясь на теоретическую модель взаимодействия обычной и темной материй, исследователи вывели массу кластеров по рентгеновскому излучению, исходящему от горячих газов в них.
И вот теперь, в недавнем исследовании, проведенном астрономами из Пекинского университета (Китай), применяется новый подход к измерению массы галактических скоплений. Гравитация массивного объекта может искажать образы объектов, находящихся далеко за его пределами. То есть, галактический кластер искажает изображение более далеких галактик, и они вместо того, чтобы быть случайно распределенными по небу, слегка выравниваются. Сила этого «слабого линзирования» раскрывает массу переднего кластера. Для создания карты слабого линзирования, ученые получили изображения 5,5 миллионов скоплений и галактик. Новые данные о массах скоплений также согласуются с предсказанием о существовании темной энергии и ослабляют аргументы в пользу теории f(R).
«На данный момент это самое лучшее и масштабное измерение космических масштабов. Новый результат практически убил теорию f(R)», – сказал Боб Никол из Портсмутского университета (Великобритания).
Однако, некоторые ученые сомневаются в верности нового метода. Они считают, что тестирование теории f(R) требует учета детального распределения темной материи в пределах отдельных кластеров, так как это влияет на взаимодействие между темной и обычной материями. Так что, по их мнению, вопрос с теорией f(R) по-прежнему остается открытым.