Вчені Університету Оттави представили космологічну модель, яка радикально переглядає два стовпи сучасної астрофізики: вік Всесвіту та необхідність у так званих темних компонентах. Згідно з роботою, опублікованою в рецензованому журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), вік Всесвіту становить 26,7 мільярда років — майже вдвічі більше, ніж прийнято у стандартній моделі ΛCDM. При цьому, за розрахунками авторів, ні темна матерія, ні темна енергія для опису спостережуваних явищ не потрібні. Дослідження виконали професор фізики Раджендра Гупта та Ніколаос Самарас.

Модель CCC+TL: як влаштована альтернатива

Нова концепція отримала назву CCC+TL — covarying coupling constants plus tired light, тобто «коваріантні константи зв'язку плюс втомлене світло». Замість введення невидимих субстанцій, які десятиліттями не вдається виявити безпосередньо, модель припускає, що фундаментальні константи, які керують взаємодією сил і частинок, з часом змінюються. Світло, своєю чергою, втрачає енергію при проходженні величезних відстаней. Саме ці два механізми, на думку авторів, відтворюють ефекти, які в стандартній моделі приписують темній матерії та темній енергії. Для перевірки теорії Гупта та Самарас модифікували рівняння Ейнштейна та Фрідмана, розробивши нові математичні інструменти.

Узгодженість із даними спостережень

Автори стверджують, що модель демонструє високу узгодженість із ключовими астрономічними даними. Прогнози щодо кількості водню, гелію та інших легких елементів, сформованих у перші хвилини після Великого вибуху, збіглися зі значеннями, передбаченими стандартною моделлю. Дані космічних хронометрів підтвердили розрахункову швидкість розширення Всесвіту. Особливу увагу дослідники приділили кривим обертання галактик: аналіз бази даних SPARC, що охоплює 175 галактик, показав, що модель здатна відтворювати спостережувані криві без залучення темної матерії. Крім того, при аналізі зіткнення скупчення галактик «Куля» (Bullet Cluster) додатковий гравітаційний ефект у новій моделі слідує за самими галактиками, а не за гарячим рентгенівським газом, що, на переконання авторів, є важливим аргументом на користь концепції.

Проблема ранніх галактик і «зайві» чотири мільярди років

Одна з найгостріших проблем сучасної астрофізики — виявлення надзвичайно масивних і зрілих галактик на ранніх етапах історії Всесвіту. У стандартній моделі вік Всесвіту в епоху космічного світанку оцінюється приблизно у 300 мільйонів років, чого, як вважається, недостатньо для формування таких об'єктів. За розрахунками моделі CCC+TL, на тому ж рівні червоного зміщення вік Всесвіту становить близько 4,6 мільярда років. Цей додатковий час, за оцінками авторів, дозволив галактикам вирости приблизно у 12 разів більше за розміром і масою, ніж передбачає стандартна теорія, і тим самим зняти суперечність між теорією та спостереженнями.

Верифікація: програма GLIMPSE і телескоп Джеймса Вебба

Наступним етапом перевірки теорії стане програма GLIMPSE, у рамках якої космічний телескоп James Webb Space Telescope буде цілеспрямовано шукати галактики з рекордно високим червоним зміщенням. Якщо такі об'єкти будуть виявлені в період раннього Всесвіту, коли за стандартною моделлю ще не було достатньо часу для їх формування, це стане вагомим аргументом на користь альтернативної моделі. Наукова спільнота традиційно вимагає, щоб нові космологічні теорії пройшли незалежну верифікацію на незалежних наборах даних, перш ніж витіснити усталену парадигму.

Контекст: чому це важливо

Стандартна модель ΛCDM, в якій близько 27% маси-енергії Всесвіту припадає на темну матерію і близько 68% — на темну енергію, домінує в космології останні два десятиліття. Тим не менш, жодна з цих субстанцій не була виявлена безпосередньо, а відкриття масивних ранньогалактичних структур дедалі частіше ставить під сумнів достатність ΛCDM. Робота Гупти та Самараса не є єдиною спробою переглянути модель: у науковій літературі обговорюються й інші альтернативи, включаючи гіпотези про модифіковану гравітацію на різних масштабах. Тим не менш, модель CCC+TL вирізняється тим, що пропонує єдиний математичний апарат, який одночасно пояснює нуклеосинтез, розширення Всесвіту, криві обертання галактик та динаміку скупчень без введення додаткових невидимих компонентів.