Долгое время астрофизики полагали, что основную часть космоса составляют темная материя и темная энергия – невидимые сущности, определяющие гравитационные взаимодействия и расширение Вселенной. Однако недавнее исследование бросает вызов этому представлению, выдвигая гипотезу о том, что эти загадочные компоненты могут вовсе не существовать. Вместо этого, наблюдаемые эффекты, традиционно приписываемые им, могут быть естественным следствием постепенного ослабления фундаментальных сил Вселенной по мере ее старения.
Эту смелую теорию представил Раджендра Гупта, адъюнкт-профессор физического факультета Университета Оттавы. Он предполагает, что пошаговые изменения в интенсивности природных сил, включая гравитацию, проявляющиеся с течением времени и в пространстве, способны объяснить целый ряд необъяснимых космических явлений. Среди них – особенности вращения, эволюции и кластеризации галактик, а также характер расширения самой Вселенной.
«Силы Вселенной в среднем слабеют по мере ее расширения», – объясняет профессор Гупта. Это ослабление создает впечатление, будто существует некая таинственная сила, ускоряющая расширение Вселенной, которую мы идентифицируем как темную энергию. Но на масштабах галактик и их скоплений, изменчивость этих сил в гравитационно связанных областях приводит к эффекту «дополнительной» гравитации, обычно приписываемой темной материи. «Однако, – добавляет ученый, – эти явления могут быть лишь иллюзиями, возникающими из-за изменения констант, определяющих силу взаимодействия».
Ученый подчеркивает, что темная материя и темная энергия призваны объяснить два различных типа феноменов. Первый – на космологическом масштабе, охватывающем расстояния более 600 миллионов световых лет, где Вселенная считается однородной. Второй – на астрофизическом масштабе, где она гораздо более «комковатая» и зависит от направления. В рамках стандартной модели для этих двух сценариев требуются разные уравнения с использованием темной материи и темной энергии. «Наша модель, – говорит Гупта, – единственная, которая объясняет оба типа наблюдений при помощи одного и того же уравнения, и при этом не требуя ни темной материи, ни темной энергии».
Гупта также отмечает, что его подход предлагает единую концепцию для объяснения таких явлений, как вращение галактик, их кластеризация и искривление света вокруг массивных объектов. «Все это – просто результат изменения констант природы по мере старения и уплотнения Вселенной», – заключает он.
В своих предыдущих работах профессор Гупта уже ставил под сомнение существование темной материи на космическом уровне. Его недавнее исследование развивает эту идею, перенося ее на меньшие, астрофизические масштабы и анализируя механизмы вращения галактик.
В основе этой модели лежит параметр под названием α (альфа), который проявляется, когда так называемые константы связи – величины, описывающие силу фундаментальных взаимодействий – допускаются изменяться. Этот параметр α действует как дополнительный элемент в гравитационных уравнениях, успешно воспроизводя те же эффекты, которые традиционно объяснялись темной материей и темной энергией.
На больших масштабах, например при анализе данных сверхновых, параметр α рассматривается как постоянная величина. Однако локально, внутри галактик, α изменяется в зависимости от распределения обычной материи – черных дыр, звезд, планет и газа. В областях с высокой концентрацией материи эффект α меньше, тогда как в более разреженных областях он становится сильнее. Таким образом, модель естественным образом объясняет, почему звезды на окраинах галактик движутся быстрее, чем ожидалось, без необходимости введения невидимых гало темной материи.
Гупта считает, что такой подход способен разрешить давние астрономические загадки. «Многие годы мы пытались объяснить, как галактики в ранней Вселенной формировались так быстро и достигали таких огромных размеров», – отмечает он. «Наша модель не требует предполагать существование экзотических частиц или нарушать известные законы физики. Хронология Вселенной просто растягивается, почти удваивая ее возраст и создавая пространство для всего, что мы наблюдаем».
Эффективно удлиняя предполагаемый эволюционный путь Вселенной, модель облегчает понимание того, как такие колоссальные структуры, как галактики и черные дыры, могли образоваться так скоро после Большого взрыва.
Эта теория потенциально может кардинально изменить наше представление о космосе. Более того, она предполагает, что многолетние, дорогостоящие поиски частиц темной материи, на которые потрачены миллиарды долларов, могут оказаться ненужными. Даже если бы такие экзотические частицы были обнаружены, по мнению Гупты, они все равно составили бы лишь около шестикратной массы обычной материи.
«Иногда самое простое объяснение оказывается лучшим. Возможно, величайшие тайны Вселенной – это всего лишь «трюки», разыгранные эволюционирующими константами природы», – подытоживает ученый.
Исследование под названием «Testing CCC+TL Cosmology with Galaxy Rotation Curves» было опубликовано в рецензируемом журнале Galaxies.
