Starptautiska pētnieku komanda Kvīnslendas Universitātes Matemātikas un fizikas skolas zinātnieku vadībā apvienojusi novērojumus par 2884 Ia tipa supernovām. Šie spēcīgie zvaigžņu sprādzieni astronomijā kalpo kā svarīgi attāluma mērīšanas rīki, ļaujot izsekot Visuma izplešanās vēsturei. Pētījuma rezultāti apšauba vienu no mūsdienu kosmoloģijas centrālajiem pieņēmumiem un var palīdzēt labāk izprast, kā Visums attīstās.

Doktorantūras students Raiens Kamilleri norādīja, ka projekts veido jaunu starptautisku standartu supernovu kosmoloģijā. Apvienojot vairāku desmitgažu mērījumus vienotā datu kopā, pētnieki ieguvuši līdz šim detalizētāko priekšstatu par to, kā laika gaitā mainījusies Visuma izplešanās.

“Mēs esam pārveidojuši trīs desmitgažu astronomiskos novērojumus vienotā, konsekventā sistēmā,” sacīja Kamilleri. “Mēs apvienojām savus datus ar citiem kosmiskajiem mērījumiem, tostarp ar relikto gaismu no Lielā sprādziena un galaktiku izplatības kartēm telpā. Tā vietā, lai apstiprinātu kosmoloģijas standarta modeli, kas pieņem, ka tumšā enerģija ir fiksēta un nemainīga, mēs ieguvām vairāk pierādījumu tam, ka tā laika gaitā varētu mainīties.”

Jaunajā kolekcijā iekļauti vēsturiskie supernovu mērījumi, kā arī 2024. gadā publicētie Dark Energy Survey jeb DES novērojumi. Lai dažādos laikposmos iegūtos datus varētu tieši salīdzināt, zinātnieki atkārtoti analizēja vecākos mērījumus, izmantojot jaunākas metodes. Labāka izpratne par supernovu uzvedību ļāvusi paaugstināt gadu desmitos savākto datu saskaņotību un precizitāti.

“Gadu gaitā mēs esam daudz labāk izpratuši, kā supernovas uzvedas, tāpēc varējām atgriezties pie vecākiem datiem un tiem piemērot šo uzlaboto izpratni,” sacīja Kamilleri.

Pētniekiem bija jāņem vērā arī atšķirības starp teleskopiem, ar kuriem veikti novērojumi. Attāluma mērījumus var ietekmēt kosmiskie putekļi un galaktiku masa, jo šie faktori maina gaismu, ko astronomi saņem no tālām supernovām. Tādēļ komanda sasaistīja dažādu teleskopu novērojumus, ņemot vērā to atšķirīgās iespējas un mērījumu ietekmējošos apstākļus.

“Mēs iekļāvām arī smalkākus efektus, piemēram, gravitācijas lēcošanu — lielu objektu tuvumā gaisma tiek saliekta un pastiprināta, tai ceļojot no supernovas līdz Zemei,” sacīja Kamilleri.

Novērojumi rada jautājumus par kosmoloģijas standarta modeli

Astrofiziķe Tamāra Deivisa sacīja, ka paplašinātā datu kopa ir nozīmīgs solis centienos izprast tumšās enerģijas dabu. Kosmoloģijas standarta modelī tumšā enerģija tiek uzskatīta par nemainīgu Visuma īpašību. Tomēr jaunākie novērojumi rada jautājumu, vai šis pieņēmums pilnībā izskaidro to, kā laika gaitā attīstījusies Visuma izplešanās.

“Mūsu DES supernovu dati 2024. gadā pirmie parādīja mājienus, ka tumšā enerģija varētu mainīties laikā, un arī šī jaunā apkopotā datu kopa uzrāda novirzi no standarta modeļa, lai gan nedaudz citā virzienā,” sacīja Deivisa.

Rezultāti ir īpaši nozīmīgi tāpēc, ka līdzīgas norādes sniedz arī cita astronomiska programma. Dark Energy Spectroscopic Instrument jeb DESI savos pētījumos par agrīnā Visuma reliktajiem skaņas viļņiem ir atradis mājienus par tumšās enerģijas izmaiņām.

“Tādējādi divi pilnīgi neatkarīgi mērījumi ir atraduši mājienus par tumšās enerģijas izmaiņām laikā, apšaubot standarta modeli, kas pieņem, ka tumšā enerģija nemainās,” sacīja Deivisa.

Lai gan dažādie mērījumi nenorāda uz pilnīgi vienādu novirzi no standarta modeļa, tie sniedz papildu iemeslus pārbaudīt, vai tumšā enerģija mainās, Visumam novecojot. Pētnieki uzsver, ka šie rezultāti vēl nav galīgs pierādījums šādām izmaiņām, taču tie pastiprina nepieciešamību veikt papildu novērojumus.

Iespējamā saikne ar gravitācijas un kvantu fizikas teorijām

Tumšās enerģijas izpētes nozīme var sniegties tālāk par Visuma izplešanās izskaidrošanu. Zinātnieki uzskata, ka labāka izpratne par tās uzvedību varētu palīdzēt risināt vienu no lielākajām neatrisinātajām teorētiskās fizikas problēmām — saskaņot gravitāciju ar kvantu fiziku.

“Visi šie pētījumi varētu arī sniegt pavedienu, kas palīdzētu izskaidrot, kā gravitācija un kvantu fizika sader kopā. Mēs zinām, ka abas teorijas savās jomās ir ārkārtīgi veiksmīgas, tāpēc to apvienošana būtu milzīgs solis teorētiskajā fizikā,” sacīja Deivisa.

Pētnieki plāno datu kopu paplašināt, tiklīdz būs pieejami jauni novērojumi. Viens no nozīmīgākajiem papildinformācijas avotiem būs Dark Energy Bedrock All-Sky Supernova programma jeb DEBASS, kas identificē simtiem supernovu tuvāk Zemei nekā DES apsekotajos attālumos. Šo tuvāko sprādzienu iekļaušana nodrošinās jaunus mērījumus, ar kuriem pārbaudīt Visuma izplešanos un noskaidrot, vai tumšā enerģija patiešām mainās laika gaitā.

Kosmoloģijas rezultāti un ar tiem saistītie saimniekgalaktiku masas mērījumi ir publicēti arXiv. Jaunie rezultāti balstās uz desmitgadēm ilgu darbu, ko veikuši simtiem astronomu un pētnieku visā pasaulē. Ieguldījumu snieguši Dark Energy Survey, Foundation Supernova Survey, Pan-STARRS1, Sloan Digital Sky Survey, Supernova Legacy Survey, Carnegie Supernova Project un Center for Astrophysics supernovu apsekojums.