Версия для печати

Темная энергия останавливает рост крупномасштабной структуры Вселенной

Международная группа ученых под руководством Алексея Вихлинина (Институт космических исследований РАН, Гарвард-Смитсонианский астрофизический центр), куда входят сотрудники Института космических исследований РАН и других научных организаций Европы и США, опубликовала результаты исследования природы темной энергии при помощи измерений скорости роста крупномасштабной структуры Вселенной. В работе новым, полностью независимым способом было подтверждено ускоренное расширение Вселенной, а также получено наиболее точное на сегодняшний день измерение параметра уравнения состояния темной энергии, которое с точностью около 5% согласуется с наличием космологической постоянной в уравнении Эйнштейна. Эти результаты чрезвычайно важны для понимания прошлого и будущего нашей Вселенной, так как, согласно современным представлениям, именно влияние «темной энергии» определяет развитие нашего мира.

Подробно результаты исследования будут изложены на конференции «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра — 2008», которая состоится в Институте космических исследований РАН 24—26 декабря 2008 г.

В конце прошлого века, по наблюдениям далеких сверхновых звезд, было показано, что наша Вселенная не просто расширяется, но расширяется с ускорением (Рис и др. 1998, Перлмуттер и др., 1999). Причина этого ускорения была названа «темной энергией» . Ее свойства оказались весьма необычными — так, например, согласно наблюдениям, темная энергия должна обладать отрицательным давлением, чтобы «расталкивать» Вселенную. Установление природы этой загадочной темной энергии — одна из главных задач современной физики.

Международная группа ученых под руководством Алексея Вихлинина (ИКИ РАН, Гарвард-Смитсонианский астрофизический центр), куда входят сотрудники ИКИ РАН и других научных организаций Европы и США, недавно опубликовала результаты исследований природы темной энергии при помощи измерений скорости роста крупномасштабной структуры Вселенной путем исследования распределения массивных скоплений галактик в пространстве.

В работе было использовано то обстоятельство, что темная энергия должна оказывать существенное влияние на рост крупномасштабной структуры. Она противодействует силе гравитационного притяжения материи и поэтому препятствует образованию сгущений вещества на больших масштабах расстояний. В наибольшей степени это влияние отражается на скорости образования наиболее массивных объектов Вселенной — скоплений галактик. Такие скопления содержат тысячи галактик, подобных нашей, и могут иметь массы порядка 1014 масс Солнца.

Экспериментальная часть работы состояла в том, что было обнаружено и подробно исследовано достаточно большое число (86) наиболее массивных скоплений галактик во Вселенной, находящихся на разных расстояниях от Млечного пути – от нескольких сотен миллионов до нескольких миллиардов световых лет. Эта работа заняла несколько лет, и в ней были использованы данные многих рентгеновских и оптических телескопов. Большая часть скоплений была открыта по данным рентгеновского телескопа РОСАТ (Германия, НАСА). Измерения расстояний до них были выполнены при помощи десятка оптических телескопов по всему миру: Keck, Magellan, NTT и др. Большое количество наблюдений было выполнено также при помощи Российско-турецкого 1,5-метрового телескопа РТТ-150 (установлен в Турции на горе Бакырлытепе, в 60 км от г. Анталья) часть наблюдательного времени которого принадлежит ИКИ РАН. Главный вклад в успех работы был сделан орбитальной рентгеновской обсерваторией Чандра (США) — по этим данным были получены точные измерения масс скоплений.

На основе этих данных была восстановлена картина развития Вселенной во времени. Измерив количество массивных скоплений в единице объема Вселенной в зависимости от их удаленности от нас, авторы работы получили полную картину роста крупномасштабной структуры, начиная примерно с 2/3 возраста Вселенной до настоящего времени, т.е. в течение последних 5,5 миллиардов лет (что примерно соответствует возрасту Солнца). Результаты этого исследования показали, что рост крупномасштабной структуры в течение этого времени существенно замедлился. Измеренная величина этого замедления не оставляет сомнений в том, что оно является следствием взаимодействия крупномасштабной структуры Вселенной с темной энергией.

Полученные результаты — новое подтверждение ускоренного расширения Вселенной, полученное полностью независимым способом. До настоящего времени для этих целей использовался другой метод, основанный на измерении расстояний до объектов по их красным смещениям , и очень важно, что новый способ, основанный на измерении скорости роста крупномасштабной структуры Вселенной, дает такой же результат.

Другое важное следствие работы связано с уточнением параметров «темной энергии». Ее свойства могут быть удобным образом выражены одним числом — параметром уравнения состояния w. имеющим физический смысл, сходный с жесткостью пружины. Эта величина описывает ту силу, с которой темная энергия «расталкивает» вещество. После объединения результатов измерений скорости роста крупномасштабной структуры Вселенной с другими экспериментальными данными (по изучению сверхновых, микроволновому фону и барионным акустическим осцилляциям), было получено наиболее точное на сегодняшний день измерение этого параметра.

Полученная величина с точностью около 5% согласуется с тем случаем, когда темная энергия описывается космологической постоянной в уравнении Эйнштейна — так называемым лямбда-членом. Таким образом, полученные результаты подразумевают, что уравнения общей теории относительности, только с одним, наиболее простым, изменением, которое состоит в добавлении космологической постоянной, хорошо работают на всех наблюдаемых масштабах расстояний — от радиусов орбит планет в нашей Солнечной системе до размеров всей наблюдаемой части Вселенной.

Пресс-служба РАН