Новости науки 22.04.02 Можно ли обойтись без ускоряющегося расширения Вселенной?

Утверждения, меняющие научную парадигму, безусловно, нуждаются не только в многочисленных и неоспоримых экспериментальных доказательствах, но и в тщательной проверке на предмет возможных альтернативных решений. Последний такой сдвиг парадигмы в астрофизике произошел в последних годах 20-го века: неожиданно для всех выяснилось, что наша Вселенная расширяется с ускорением! И несмотря на то, что новые экспериментальные данные подтверждают предварительные наблюдения, многих продолжает беспокоить вопрос: а правильно ли мы интерпретируем наблюдательные данные? В недавней работе теоретиков из Лос-Аламоса и Стэнфорда продемонстрирована несколько экзотическая, но вполне жизнеспособная альтернатива модели ускоренно расширяющейся Вселенной.

Напомним, в чем суть проблемы. В 1998 году были опубликованы результаты наблюдения сверхновых типа SNe Ia с красным смещением z от 0.5 до 1. Было отмечено, что эти сверхновые выглядят слегка "тусклее", чем можно было бы ожидать из простых общепринятых моделей расширения Вселенной. Однако наблюдаемая зависимость блеска сверхновых от z вполне адекватно описывается космологической моделью с отличным от нуля лямбда-членом, т.е. моделью ускоренно расширяющейся Вселенной. За ходом развития этой истории можно проследить по нашим заметкам Телескоп Хаббл будет наблюдать сверхновые по запросу и Переоткрытая сверхновая SN 1997ff, либо услышать рассказ от одного из участников этого открытия Алексея Филиппенко (astro-ph/0109399).

Вывод о том, что наш мир на две трети заполнен неким неизвестным доселе "Темным Вакуумом" (не путать с темным веществом, происхождение которого хотя бы частично понятно) существенно меняет космологическую картину мира. Поэтому вполне естественно, что усилия многих астрофизиков были направлены на поиск более приземленного объяснения наблюдаемых данных. Так, была выдвинута гипотеза "серой пыли", которая приводит к уменьшению видимого блеска очень далеких сверхновых, однако она не согласуется с данными при z >1 (см. вторую иллюстрацию в статье Переоткрытая сверхновая SN 1997ff). Действительно, в такой модели, очевидно, должна соблюдаться зависимость "чем больше z -- тем сильнее добавочное поглощение". Данные свидетельствуют, однако, о том, что эта зависимость немонотонна.

В этой ситуации, казалось бы, безальтернативного господства модели ускоренного расширения новым словом явилась статья американских физиков [C.Csaki, N.Kaloper, J.Terning, Phys.Rev. Lett., 88, 161302 (2002)]. В ней авторы исследуют довольно экзотическую конструкцию, а именно, предполагают существование гипотетических частиц аксионов. Поскольку аксион (по крайней мере, в том виде, в котором он вводится в теорию) может взаимодействовать с двумя фотонами, становится возможным следующий процесс: фотоны, испущенные далекой сверхновой, на пути к нам проходят через протяженные области магнитного поля и, взаимодействуя с ним (магнитное поле = виртуальные фотоны), порождают аксион.

Казалось бы, а в чем разница между этой гипотезой и моделью "серой пыли"? Разница в том, что рожденные аксионы летят параллельно фотонам. Поэтому когда их количество становится соизмеримым с количеством фотонов, аксионы начинают -- благодаря тому же магнитному полю -- превращаться обратно в фотоны. Таким образом, не происходит непрерывного падения блеска звезды с ростом z: при достаточно большом z имеет место динамическое равновесие между концентрацией аксионов и фотонов.

Численный анализ, проведенный авторами работы, показывает, что подбором значения массы аксиона и его константы связи с электромагнитным полем можно вполне вопроизвести наблюдаемую тенденцию потускления сверхновых в зависимости от z. Интересно, что кривая этой зависимости в предложенной модели практически совпадает с фитом, полученным в (Omega_m = 0.3, Omega_Lambda = 0.7) модели ускоряющейся Вселенной. Это означает то, что будет не так-то просто разделить две модели на основании одних только наблюдательных данных по блеску сверхновых. Впрочем, необходимо заметить, что сами по себе аксионы пока не получили "признания" среди физиков в связи с отсутствием каких-либо прямых указаний на их существование. Что ж, не исключено, что история с ускоряющейся Вселенной обернется на самом деле историей открытия аксионов.

перейти к началу страницы