Исследователи надеются разобраться в одной из самых прочных тайн в космологии, имитируя ее влияние на галактическое скопление. Речь идет о темной энергии. Считается, что именно ее сила заставляет Вселенную расширяться все быстрее. Проблема в том, что мы ничего не знаем о темной энергии, кроме того, что она может быть чуть ли не всем.
Интересно, что у темной энергии есть такая же загадочная сестренка – темная материя. Это невидимое вещество, накапливаемое вокруг галактик и мешающее им вращаться отдельно, предоставляя дополнительную гравитационную силу. Эффект создания скопления вступает в конкуренцию с ускоряющимся расширением от темной энергии. Но изучение природы этого противостояния позволит пролить свет на темную энергию.
Гравитационное линзирование
В современном мире единственный способ наблюдения темной материи заключается в поиске эффектов гравитационного влияния на другое вещество или свет. Мощное гравитационное поле может привести к искажению света и изгибу на больших дистанциях. Этот эффект именуют гравитационным линзированием. Сопоставляя темную материю в отдельных частях пространства, ученые могут определить, сколько существует скоплений темной материи, а также то, как на них влияет темная энергия.
Но связь между гравитационным линзированием и скоплением темной материи не будет простой. Чтобы интерпретировать данные телескопов, нужно ссылаться на детальные космологические модели – математические представления сложных систем. Исследователи сейчас занимаются разработкой такой модели, которая должна обладать достаточной точностью для проверки различных гипотез о темной энергии.
Пятая сила
Одна из экзотических теорий заключается в том, что темная энергия – результат до сих пор неизведанной пятой силы (остальные четыре: гравитация, электромагнетизм, сильные и слабые ядерные силы внутри атомов). Но наиболее распространенная гипотеза именуется космологической постоянной, выдвинутой Альбертом Эйнштейном в качестве части общей теории относительности. Считается, что это всепроникающее море виртуальных частиц, которые постоянно появляются и исчезают во Вселенной.
Чтобы исключить гипотезу Эйнштейна, необходимо доказать, что темная материя не выступает чем-то постоянным. Эта цель преследуется в проекте EDECS. Вместо того, чтобы смоделировать процесс создания скопления из данных гравитационного линзирования, здесь все начинается с динамической (непостоянной) гипотезы о темной энергии. В итоге, ученые попытаются предсказать, как бы сгустилась темная материя (если идея работает).
Приближаемся к пределам
Существуют бесконечные пути темной энергии, способные трансформироваться в пространстве и времени, хотя наблюдения позволили исключить многие теории. Сейчас фокус смещен к динамической темной энергии. Моделирование, отслеживающее эволюцию многочисленных частиц «темного вещества» N-тела, требует, чтобы суперкомпьютеры работали в течение длительных временных промежутков.
Новая модель предсказывает, что развивающаяся со временем темная энергия должна влиять на скопления темной материи. В свою очередь, это меняет эффективность, с которой формируются галактики. Прогнозы можно будет протестировать телескопами, вроде LSST (Чили), SKA (Австралия и Южная Африка), а также миссиями Euclid и WFIRST (ИК-телескоп). Если темная энергия окажется динамическим явлением, то это сильно отразится на космологии и нашем понимании фундаментальной физики.
