Если спросить у большинства астрономов, они ответят, что тёмная материя и тёмная энергия составляют более 95% Вселенной и объясняют многие крупномасштабные явления, которые мы наблюдаем. Но новое исследование, опубликованное 12 сентября в журнале Galaxies, предлагает иную картину: возможно, всё, что мы видим, — это ослабление фундаментальных сил природы, включая гравитацию.
Исследование возглавил Раджендра Гупта, адъюнкт-профессор кафедры физики Оттавского университета (Канада). Основная идея его работы заключается в том, что если фундаментальные силы природы со временем меняются, это может объяснить и эволюцию галактик, и ускоренное расширение Вселенной.
Новая модель… для всего
«По мере расширения Вселенной её силы в среднем слабеют, — объясняет Гупта. — Это ослабление создаёт впечатление, будто существует некая таинственная сила, ускоряющая расширение — то, что мы называем тёмной энергией. А в масштабах галактик и скоплений галактик изменение этих сил в пределах гравитационно связанных областей создаёт дополнительную гравитацию — то, что мы интерпретируем как тёмную материю. Но на самом деле всё это может быть иллюзией, возникающей из-за изменения самих физических констант, определяющих силу взаимодействий».
Учёный отмечает: «Есть два разных явления, для объяснения которых нужны тёмная материя и тёмная энергия. Первое — это космологический масштаб (более 600 миллионов световых лет), где Вселенная считается однородной и одинаковой во всех направлениях. Второе — астрофизический масштаб, где Вселенная неоднородна и «комковата». В стандартной космологической модели для этих двух случаев нужны разные уравнения и разные объяснения с использованием тёмной материи и тёмной энергии. Наша модель — единственная, которая объясняет оба сценария одним уравнением, без необходимости вводить эти гипотетические сущности».
Что, если дело вовсе не в тёмной материи
В предыдущей работе, опубликованной 15 марта 2024 года в журнале The Astrophysical Journal, Гупта уже выдвинул идею, что для объяснения кривых вращения галактик тёмная материя вовсе не нужна.
В новом исследовании он вводит параметр Alpha, который позволяет “константам связи” (в том числе гравитации) со временем изменяться. Иными словами, Alpha выступает как дополнительный элемент в уравнениях гравитации, создающий эффекты, аналогичные тем, что традиционно приписываются тёмной материи и тёмной энергии.
На космологических масштабах Alpha остаётся постоянной, но на астрофизических — уже нет. Например, в пределах галактики, где много обычного вещества (особенно в центральной части), дополнительный гравитационный эффект слабее. А в периферийных областях, где материи меньше, — сильнее.
Таким образом, вместо того чтобы «добавлять» тёмную материю вокруг галактик, как делают другие модели, дополнительное притяжение объясняется действием параметра Alpha. Эта теория естественным образом объясняет, почему звёзды на окраинах галактик движутся быстрее, чем предсказывают классические уравнения.
Что это может значить
Гупта считает, что его модель даёт ответы на многие давние вопросы астрономии.
«Долгие годы учёные не могли понять, как галактики в молодой Вселенной смогли сформироваться так быстро и достичь таких масштабов, — говорит он. —
С нашей моделью не нужно вводить экзотические частицы или нарушать законы физики. Просто временная шкала Вселенной растягивается почти вдвое, что оставляет место для всего, что мы наблюдаем».
По словам исследователя, это расширенное понимание хронологии Вселенной помогает объяснить, как столь крупные и сложные структуры — галактики, квазары, чёрные дыры — могли появиться так рано. «Иногда самое простое объяснение оказывается лучшим, — резюмирует Гупта. — Возможно, величайшие тайны Вселенной — всего лишь игра изменяющихся констант природы».
