Naujas eksperimentas privertė mokslininkus iš naujo pažvelgti į seną teoriją

Naktiniame danguje galaktikos atrodo ramios, beveik nejudančios. Tačiau mokslininkams jos – tarsi tolimoje praeityje užfiksuoti šviesos signalai. Kuo toliau žvelgiama, tuo senesnį Visatos vaizdą galima pamatyti. Pastaruoju metu būtent tokie signalai privertė kosmologus dar kartą atsiversti vieną svarbiausių šiuolaikinio mokslo teorijų.

Milijonai galaktikų tapo kosminiu matuokliu

Abejones sukėlė ne vienas teleskopu padarytas vaizdas, o didžiulis stebėjimų projektas, vadinamas DESI – Tamsiosios energijos spektroskopiniu instrumentu. Jis sumontuotas Kitt Peak nacionalinėje observatorijoje Arizonoje ir skirtas ne pavienėms žvaigždėms fotografuoti, o galaktikų padėčiai bei jų judėjimui Visatoje tiksliai išmatuoti.

Prietaisas gali vienu metu surinkti informaciją apie tūkstančius objektų. Iš galaktikų šviesos spektro mokslininkai nustato, kaip greitai jos tolsta nuo mūsų ir kokiu atstumu yra. Taip sukuriamas milžiniškas trimatis Visatos žemėlapis.

Šis žemėlapis leidžia tirti, kaip laikui bėgant keitėsi kosmoso plėtimasis. Mokslininkai ieško vadinamųjų barioninių akustinių virpesių – ankstyvojoje Visatoje susiformavusio medžiagos pasiskirstymo pėdsakų. Juos galima įsivaizduoti kaip savotišką standartinį kosminį liniuotės matą.

Jeigu ši „liniuotė“ skirtingais Visatos istorijos etapais atrodo pasislinkusi, tai gali reikšti, kad kosmoso plėtimąsi veikė ne visai tokia jėga, kokią mokslininkai iki šiol buvo įtraukę į savo skaičiavimus.

Tamsioji energija galbūt nėra pastovi

Dabartinis Visatos modelis dažnai vadinamas Lambda-CDM. Jis remiasi prielaida, kad kosmosą sudaro įprasta medžiaga, šaltosios tamsiosios medžiagos dalelės ir tamsioji energija. Pastaroji laikoma atsakinga už spartėjantį Visatos plėtimąsi.

Simbolis lambda šiame modelyje reiškia kosmologinę konstantą – tarsi nekintantį energijos foną, kuris visada veikė vienodai. Jei ši prielaida teisinga, skirtingų stebėjimų rezultatai turėtų gana tiksliai sutapti su modelio prognozėmis.

Tačiau DESI pirmųjų metų duomenys parodė įdomų neatitikimą. Kai tyrėjai sujungė galaktikų žemėlapio informaciją su kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės ir supernovų duomenimis, paaiškėjo, kad kai kurie rezultatai geriau dera su scenarijumi, kuriame tamsioji energija laikui bėgant kinta.

Tai dar nereiškia, kad kosmologinė konstanta buvo paneigta. Mokslininkai rezultatą apibūdina kaip įtampą tarp duomenų ir paprasčiausio modelio. Priklausomai nuo to, kokie duomenų rinkiniai pasirenkami, neatitikimo statistinis reikšmingumas siekia maždaug 2,5–4,2 sigmos. Fizikoje įprasta naują atradimą laikyti patikimai patvirtintu, kai pasiekiamos 5 sigmos.

Kitaip tariant, mokslininkai mato signalą, kurio kol kas negalima ignoruoti, tačiau dar negali jo vadinti galutiniu įrodymu.

Kodėl vienas skaičius gali pakeisti visą kosmologiją

Jei tamsioji energija iš tiesų silpnėja, stiprėja ar kitaip keičiasi, pasekmės būtų didelės. Reikėtų peržiūrėti ne tik vieną lygtį, bet ir mūsų supratimą apie Visatos ateitį.

Pastovios tamsiosios energijos atveju Visata turėtų plėstis vis sparčiau. Tolimos galaktikos ilgainiui nuo mūsų nutoltų taip, kad jų šviesa taptų nepasiekiama. Tačiau kintanti tamsioji energija atvertų kitokius scenarijus. Plėtimasis galėtų ilgainiui lėtėti, įgyti kitą spartą arba priklausyti nuo dar nežinomų kosminių laukų.

Vis dėlto pats įdomiausias klausimas – ne vien apie Visatos ateitį. Jei standartiniame modelyje trūksta svarbios sudedamosios dalies, tai gali padėti paaiškinti ir kitus kosmologinius nesutapimus. Vienas jų – Hubble’o įtampa, kai skirtingais metodais išmatuotas dabartinis Visatos plėtimosi greitis nesutampa.

Vieni matavimai, paremti ankstyvosios Visatos pėdsakais, pateikia mažesnę reikšmę. Kiti, naudojantys artimesnes žvaigždes ir supernovas, rodo didesnį tempą. Kol kas neaišku, ar tai matavimų paklaida, neįvertintas astrofizinis reiškinys, ar užuomina apie naują fiziką.

DESI rezultatai šias diskusijas tik sustiprino.

Atsargumas išlieka svarbesnis už sensaciją

Mokslininkai dabar laukia naujų duomenų. DESI tyrimas dar nesibaigė, o kiekvienais metais sukauptas galaktikų žemėlapis tampa vis didesnis. Didesnė imtis turėtų padėti atskirti tikrą kosminį reiškinį nuo statistinio atsitiktinumo.

Svarbūs bus ir kitų observatorijų matavimai. Euclid kosminė misija, NASA Nancy Grace Roman kosminis teleskopas bei antžeminės observatorijos nepriklausomai tirs galaktikų pasiskirstymą, gravitacinį lęšiavimą ir Visatos plėtimosi istoriją. Jei skirtingi projektai gaus panašų rezultatą, abejonės dėl dabartinio modelio taps gerokai rimtesnės.

Jeigu neatitikimas išnyks, mokslininkai galės ieškoti priežasčių duomenų analizėje, supernovų savybėse ar kitose matavimo detalėse. Toks scenarijus taip pat nebūtų nesėkmė – jis padėtų tiksliau suprasti, kaip atliekami sudėtingiausi kosminiai matavimai.

Moksle sena teorija retai dingsta po vieno eksperimento. Dažniau ji pradeda braškėti ten, kur vienas po kito ima rastis maži neatitikimai. Šiuo metu kosmologai dar nėra pasirengę skelbti naujos eros pradžios, tačiau jų turimi duomenys jau verčia rimčiau klausti, ar tamsioji energija iš tiesų yra tokia nekintama, kaip manyta dešimtmečius.