Физики из Стамбульского технического университета показали, что тёмная энергия могла сменить знак около 9,5 млрд лет назад – с отрицательной плотности на положительную. Учёные не стали придумывать новые гипотетические поля, а пересмотрели отброшенное ранее математическое решение в телепараллельной теории гравитации. Исследование вышло в журнале Physical Review D.
Долгое время космологи исходили из того, что тёмная энергия, ускоряющая расширение Вселенной, остаётся постоянной на протяжении всей космической истории. Однако в марте 2025 года проект DESI (спектроскопический прибор для изучения тёмной энергии) обнародовал данные за первые три года наблюдений. В сочетании с измерениями реликтового излучения, сверхновых и слабого гравитационного линзирования эти результаты указали на то, что влияние тёмной энергии со временем может меняться. Убедительных доказательств для окончательного открытия пока не хватает, но астрофизики активно ищут модели, способные объяснить такое поведение.
Группа под руководством профессора Озгюра Акарсу из Стамбульского технического университета обратилась к так называемой экспоненциальной телепараллельной f(T)-гравитации. Если общая теория относительности Альберта Эйнштейна описывает гравитацию через искривление пространства-времени, то телепараллельный подход опирается на другую геометрическую характеристику – кручение. Вместе с коллегами по университету Н. Мерве Узун и Билалом Булдуком, Нихан Катырджи из Университета Догуш и Антонио Де Феличе из Института теоретической физики имени Юкавы в Киотском университете Акарсу изучил ветвь этой теории, на которую прежде почти не обращали внимания.
Ранее исследователи рассматривали в f(T)-гравитации лишь те решения, где плотность тёмной энергии всегда остаётся положительной – по аналогии со стандартной космологией. Когда авторы отказались от этого ограничения, уравнения при той же современной плотности материи выдали сразу два сценария эволюции Вселенной. Первый почти не отличается от общепринятой модели ΛCDM. Второй описывает мир, где эффективная плотность тёмной энергии в далёком прошлом была отрицательной, примерно при красном смещении 1,5 (около 9,5 млрд лет назад) обнулилась и с тех пор остаётся положительной.
Новое решение не требует дополнительных подгоночных параметров и сохраняет стандартный набор из шести космологических величин. Какую именно ветвь выберет Вселенная, определяет современная плотность материи. При этом в плотных средах расхождения с уравнениями Эйнштейна естественным образом ослабевают, поэтому модель не противоречит точным измерениям гравитации в Солнечной системе.
Работа отвечает на давний вопрос, который оставался открытым в более ранней модели Акарсу и его коллег (ΛsCDM), где космологическая постоянная меняет знак через несколько миллиардов лет после Большого взрыва. Такой сценарий хорошо укладывается в данные DESI и помогает смягчить «напряжение Хаббла» – расхождение между тем, какую скорость современного расширения Вселенной дают разные методы измерений. Прежде учёные не знали, какой физический механизм мог бы перевернуть знак тёмной энергии. «Мы несколько лет изучали сценарий, в котором тёмная энергия меняет знак, и он удивительно хорошо согласовался с данными вроде тех, что получил DESI. Открытым оставался вопрос о физическом механизме. Поэтому мы намеренно проверили ветвь известной теории гравитации, которую раньше оставляли в стороне, потому что в ней плотность тёмной энергии не обязана оставаться положительной. Смена знака возникла из самой теории естественным образом», – рассказал Озгюр Акарсу.
В расширенной версии модели, куда авторы добавили космологическую постоянную, теория одновременно соответствует наблюдениям реликтового излучения и допускает более высокую современную скорость расширения, которую фиксируют локальные измерения. Кроме того, при таком подходе ускоренное расширение Вселенной в относительно недавнем прошлом могло ослабнуть или даже прекратиться.
Статью в журнал физики подали ещё в октябре 2024 года, за несколько месяцев до того, как коллаборация DESI опубликовала мартовский отчёт. С тех пор прибор завершил пятилетнюю программу и собрал сведения более чем о 47 млн галактик и квазаров. Наблюдения пока не подтвердили ни смену знака тёмной энергии, ни недавнее торможение космического ускорения. Теперь команде предстоит проверить свою модель на полном массиве данных DESI, а также сопоставить её с тем, как растут крупномасштабные структуры, как искажается пространство красных смещений и как гравитация отклоняет свет при слабом линзировании. «Мы нашли альтернативный путь развития Вселенной внутри уже существующей теории. Следующий шаг – строго проверить его на всех собранных наблюдениях. Предварительная картина обнадёживает, и нам особенно интересно, что она поможет выяснить о напряжении Хаббла», – отметил Акарсу.
