Якщо запитати більшість астрономів, вони відповість, що темна матерія та темна енергія складають понад 95% Всесвіту і пояснюють багато крупномасштабних явищ, які ми спостерігаємо. Але нове дослідження, опубліковане 12 вересня в журналі Galaxies, пропонує іншу картину: можливо, все, що ми бачимо, — це ослаблення фундаментальних сил природи, включаючи гравітацію.
Дослідження очолив Раджендра Гупта, ад'юнкт-професор кафедри фізики Оттавського університету (Канада). Основна ідея його роботи полягає в тому, що якщо фундаментальні сили природи з часом змінюються, це може пояснити і еволюцію галактик, і прискорене розширення Всесвіту.
Нова модель… для всього
«У міру розширення Всесвіту її сили в середньому слабшають, — пояснює Гупта. — Це ослаблення створює враження, ніби існує якась таємнича сила, що прискорює розширення — те, що ми називаємо темною енергією. А в масштабах галактик і скупчень галактик зміна цих сил у межах гравітаційно пов'язаних областей створює додаткову гравітацію — те, що ми інтерпретуємо як темну матерію. Але насправді все це може бути ілюзією, що виникає через зміну самих фізичних констант, що визначають силу взаємодій».
Вчений зазначає: «Є два різних явища, для пояснення яких потрібні темна матерія та темна енергія. Перше — це космологічний масштаб (понад 600 мільйонів світлових років), де Всесвіт вважається однорідним і однаковим у всіх напрямках. Друге — астрофізичний масштаб, де Всесвіт неоднорідний і «грудкуватий». У стандартній космологічній моделі для цих двох випадків потрібні різні рівняння та різні пояснення з використанням темної матерії та темної енергії. Наша модель — єдина, що пояснює обидва сценарії одним рівнянням, без необхідності вводити ці гіпотетичні сутності».
Що, якщо справа зовсім не в темній матерії
У попередній роботі, опублікованій 15 березня 2024 року в журналі The Astrophysical Journal, Гупта вже висунув ідею, що для пояснення кривих обертання галактик темна матерія зовсім не потрібна.
У новому дослідженні він вводить параметр Alpha, який дозволяє «константам зв'язку» (в тому числі гравітації) з часом змінюватися. Іншими словами, Alpha виступає як додатковий елемент у рівняннях гравітації, створюючи ефекти, аналогічні тим, що традиційно приписуються темній матерії та темній енергії.
На космологічних масштабах Alpha залишається постійною, але на астрофізичних — вже ні. Наприклад, в межах галактики, де багато звичайної речовини (особливо в центральній частині), додатковий гравітаційний ефект слабший. А в периферійних областях, де матерії менше, — сильніший.
Таким чином, замість того щоб «додавати» темну матерію навколо галактик, як роблять інші моделі, додаткове тяжіння пояснюється дією параметра Alpha. Ця теорія природним чином пояснює, чому зірки на околицях галактик рухаються швидше, ніж передбачають класичні рівняння.
Що це може означати
Гупта вважає, що його модель дає відповіді на багато давніх питань астрономії.
«Довгі роки вчені не могли зрозуміти, як галактики в молодому Всесвіті змогли сформуватися так швидко і досягти таких масштабів, — каже він. —
З нашою моделлю не потрібно вводити екзотичні частинки або порушувати закони фізики. Просто часова шкала Всесвіту розтягується майже вдвічі, що залишає місце для всього, що ми спостерігаємо».
На думку дослідника, це розширене розуміння хронології Всесвіту допомагає пояснити, як такі великі та складні структури — галактики, квазари, чорні діри — могли з'явитися так рано. «Іноді найпростіше пояснення виявляється найкращим, — підсумовує Гупта. — Можливо, найвеличніші таємниці Всесвіту — всього лише гра змінних констант природи».
