Попытка объяснить хаббловский кризис привела физиков к будущему сжатию Вселенной

В последние 10-12 лет наблюдения новых телескопов показали, что древняя и современная Вселенная расширяется с разными скоростями, хотя в стандартной космологической модели должна с постоянной. Группа физиков предложила возможное объяснение и попутно рассчитала дату «конца света».

В современной физической теории (ОТО) нет встроенных механизмов, позволяющих без астрономических наблюдений определить, расширяется Вселенная или сжимается. Когда Александр Фридман в 1925 году показал, что она вообще может делать это, то наткнулся на резкие возражения Эйнштейна: тот отстаивал модную тогда идею о вечной стабильности мироздания.

Именно поэтому космологическую постоянную Эйнштейн в 1917 году и ввел в свои формулы: для построения стационарной Вселенной нужно было уравновешивать некоей отталкивающей силой силу притягивающую (гравитацию), а без такого уравновешивания стационарность мироздания не работала. Однако затем оказалось, что этот баланс нестабилен: Вселенная из-за микротолчка или сжималась или разбегалась. Впервые это показал Фридман, а затем и наблюдатели-астрономы подтвердили его теоретическое предсказание.

К началу 1930-х Эйнштейн это признал, после чего назвал введение космологической постоянной (той самой отталкивающей силы) своей величайшей ошибкой. И до 1990-х об этой постоянной вспоминали лишь как о некой причуде гения. Только когда было открыто ускоренное расширение Вселенной в 1998 году, ее вставили в уравнение Фридмана и появился так называемый лямбда-член, давший имя всей современной космологии (лямбда-CDM-космология).

До 2010-х годов лямбда-член всех устраивал. Но потом оказалось, что по наблюдениям древней Вселенной скорость ее расширения одна, а по наблюдениям ее же в нашу эпоху — другая (расхождение назвали напряженностью Хаббла, или хаббловским кризисом). То есть скорость ее расширения со временем изменяется. Стандартная космологическая модель не позволяет такого: в ней лямбда-член — постоянная, а не переменная.

Теперь международная группа ученых попробовала объяснить разноскоростное расширение Вселенной в древности и сегодня. Результаты их работы опубликовали в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, с ее полным текстом можно ознакомиться на сервере препринтов Корнеллского университета.

Исследователи использовали ранее предложенную гипотезу о том, что темная материя состоит из ультралегких (что объясняло бы, почему в физических экспериментах никто не зарегистрировал их) аксионов. В ранней Вселенной их действие на ее расширение велико, они «расталкивали» ее. Но по мере ее старения они все слабее дополняли космологическую константу, поэтому скорость расширения пространства-времени через определенное время начнет падать.

В отличие от исходных разработчиков идеи ультралегкого аксиона, не прикладывавших ее к параметрам расширения пространства-времени, авторы новой научной работы провели расчеты того, как изменчивое влияние гипотетических аксионов повлияло бы на параметры Вселенной в будущем. Получилось, что сама по себе, без учета влияния аксионов, космологическая постоянная отрицательная, а не положительная. То есть когда влияние аксионов в будущем иссякнет, пространство-время начнет сжиматься.

Наиболее вероятный (в рамках такой модели) набор параметров указал, что полное сжатие (с распадом всех атомов в силу роста температур) случится через 33 миллиарда лет. При этом еще 11 миллиардов лет Вселенная будет расширяться, хотя и с постепенным замедлением, а затем начнет сжиматься до точки.

«Многие годы люди полагали, что Вселенная будет расширяться вечно. Хорошо знать, что если нынешние данные не будут опровергнуты, Вселенная будет иметь конец», — заявил СМИ Генри Тай, один из авторов нового исследования.

Не вполне ясно, почему он считает это благом, но стоит упомянуть, что модель ультралегких аксионов, как и вообще любую модель, объясняющую темную материю через некие частицы, в последние годы остро критикуют. Дело в том, что данные о столкновении скоплений галактик показывают: те двигаются так, будто никакого трения частиц темной материи между собой нет. Это физически логично, только если и самих частиц такого рода не существует.

Поэтому ранее другие научные группы уже предложили иное объяснение темной материи. Интересно, что в рамках одной из таких теорий Вселенная тоже сжимается, правда, за время, которое значительно больше 33 миллиардов лет от нашего времени. Кроме того, при сжатии она не становится точкой, и некоторые виды объектов (черные дыры и нейтронные звезды) способны пережить Великое сжатие и попасть в следующий цикл расширения и сжатия Вселенной.