космологічна криза або нові відкриття?

Космологічна модель, яка десятиліттями успішно пояснювала основні структури та еволюцію Всесвіту, наразі стикається зі значними викликами через нові спостереження, що породжують суперечки серед науковців.

Стандартна модель космології, або ЛямбдаCDM-модель  ( від грецької літери лямбда, що позначає темну енергію, а CDM — холодну темну матерію), є домінуючою теорією в науці про будову та еволюцію Всесвіту. Вона передбачає, що Всесвіт складається на 68,3% з темної енергії, на 26,8% — з темної матерії та лише на 4,9% — зі звичайної, баріонної речовини, яка утворює зірки, планети й усі інші об’єкти, що ми можемо спостерігати. Ця модель надзвичайно успішно пояснює безліч явищ, від розподілу галактик до післясвітіння Великого вибуху — космічного мікрохвильового фону.

Однак нові спостереження ставлять під сумнів деякі аспекти цієї моделі, викликаючи дискусії серед наукової спільноти про необхідність її коригування або навіть перегляду. Однією з ключових проблем є так звана “напруженість Габбла” — розбіжність між виміряною швидкістю розширення Всесвіту і теоретичними прогнозами, заснованими на стандартній моделі. Спостереження за пульсуючими зірками (цефеїдами) в близьких галактиках дають значення сталої Габбла близько 73 км/с/Мпк (кілометрів на секунду на мегапарсек), тоді як стандартна модель передбачає значення 67,4 км/с/Мпк. Ця різниця, хоча й здається незначною, має серйозні наслідки для нашого розуміння еволюції Всесвіту.

“Напруженість Габбла” стала відомою понад десятиліття тому, і спочатку вважалося, що вона може бути результатом систематичних похибок у спостереженнях. Проте навіть із вдосконаленням методів спостережень та використанням нових інструментів, таких як космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), який може більш точно вимірювати відстані до зірок, проблема залишається невирішеною. Це змусило деяких науковців припустити, що в основі лежить фундаментальніша проблема, яка може свідчити про те, що модель ?CDM є неповною.

Ще одним викликом для космології є так звана “напруженість S8”, яка стосується ступеня скупченості матерії у Всесвіті. Спостереження показують, що матерія у Всесвіті менш скупчена, ніж передбачає стандартна модель, приблизно на 10%. Ця проблема також породжує дискусії щодо того, чи правильно ми розуміємо поведінку темної матерії і темної енергії або чи є необхідність у перегляді самого підходу до моделювання космічних масштабів.

Деякі астрономи припускають, що певні невідповідності можуть бути пояснені новими відкриттями про структуру галактик. Наприклад, нові дані, отримані завдяки JWST, вказують на те, що ранні галактики, які виникли лише через мільярд років після Великого вибуху, є набагато масивнішими, ніж передбачали попередні моделі. Це змушує переглянути наші уявлення про темпи зореутворення та гравітаційну взаємодію на ранніх стадіях еволюції Всесвіту.

Незважаючи на всі ці проблеми, більшість космологів все ще підтримують стандартну модель, вважаючи, що її точність залишається неперевершеною. Вона досить добре описує більше 13 мільярдів років еволюції Всесвіту, хоча може помилятися лише на кілька відсотків. Для порівняння, навіть найкращі моделі руху планет у Сонячній системі можуть передбачити їхній рух з високою точністю лише на кілька сотень мільйонів років уперед, після чого траєкторії стають хаотичними.

Тим не менш, існує ряд альтернативних теорій, які намагаються розв’язати суперечності. Однією з таких ідей є можливість того, що темна матерія складається не лише з холодних, повільних частинок, як вважається в стандартній моделі, але й може містити гарячі, швидко рухомі частинки. Це могло б пояснити меншу скупченість матерії в пізні космічні епохи, тим самим вирішивши проблему напруженості S8. Інші гіпотези пропонують змінити нашу уяву про темну енергію, припускаючи, що її властивості могли змінюватися з часом, впливаючи на швидкість розширення Всесвіту на різних етапах його еволюції.

Ще одним напрямком досліджень є перегляд основних принципів гравітації у великих масштабах Всесвіту. Деякі науковці пропонують модифіковані гравітаційні моделі, такі як MOND (модифікована ньютонівська динаміка), які можуть пояснити аномальні спостереження без потреби у введенні темної матерії. Однак поки що жодна з цих теорій не може повністю пояснити весь набір даних так само добре, як це робить стандартна модель.

У найближчі кілька років нові інструменти, такі як обсерваторія Віри Рубін, спектроскопічний інструмент темної енергії (DESI) та космічний телескоп Євклід, зможуть надати більше даних, які допоможуть вирішити ці суперечності. Ці проєкти дозволять зробити більш точні вимірювання не тільки сталої Габбла, але й розподілу матерії та енергії у Всесвіті, що дасть змогу зробити висновки про необхідність корекції стандартної моделі.

Загалом, космологія зараз перебуває на порозі важливих відкриттів. З одного боку, більш точні дані можуть підтвердити точність стандартної моделі, зміцнюючи її як основний інструмент для розуміння Всесвіту. З іншого боку, якщо напруженість Габбла та інші невідповідності не будуть вирішені, це може спричинити революційні зміни в нашому розумінні фізичних законів, подібно до відкриття прискореного розширення Всесвіту у 1990-х роках.

У будь-якому випадку, сучасна космологія залишається однією з найдинамічніших наукових галузей, і наукова спільнота з нетерпінням очікує на нові відкриття, які можуть змінити наші уявлення про будову та еволюцію Всесвіту.