Интегрированный эффект Сакса — Вольфе подтверждает существование тёмной энергии

Международная научная группа, представленная специалистами из Портсмутского университета (Соединённое Королевство) и Мюнхенского университета Людвига — Максимилиана (ФРГ), показала, что вероятность связи между тёмной энергией и анизотропией реликтового излучения равна 99,996%.

Соответствующее исследование в ближайшее время появится в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Самая удалённая полусфера (карта РИ) находится в 46 млрд световых лет; самая близкая — наша Галактика. Учёным удалось показать, что между этими картами существуют корреляции. (Иллюстрация NASA / WMAP, ESO / S. Brunier.)

Анизотропией реликтового излучения, открытой в начале 1990-х, называют разницу температуры реликтового излучения (РИ) в различных направлениях от Земли. Основной её причиной считается предсказанный в 1967 году эффект Сакса — Вольфе (он же «эффект Сакса — Вольфа»), возникающий, когда фотон распространяется в неоднородном гравитационном поле, которое где-то сильнее, а где-то слабее. Если фотон движется по нарастающему гравитационному потенциалу, он теряет энергию и испытывает красное смещение; если же движение происходит по убывающему потенциалу, то он, наоборот, приобретает энергию, а его частота смещается ближе к фиолетовой части спектра. В случае одного фотона эффект приводит к изменению частоты, а для группы — к изменению температуры. Так, из-за этого, в силу движения нашей Галактики через реликтовое излучение (со скоростью 627 ± 22 км/с), «передняя» полусфера в направлении движения выглядит чуть горячее, а «задняя» — несколько холоднее.

Причиной существования эффекта называются возмущения гравитационного поля. Но что именно их вызвало — загадка. Гипотез на эту тему не счесть: это и нулевые квантовые флуктуации, и возмущения, вытекающие из инфляции в период экспоненциального расширения ранней Вселенной, которое вызвано вакуумной энергией... К счастью, споры о причинах существования анизотропии не могут помешать её использованию в научных целях.

На сей раз исследователи взялись проверить с помощью интегрированного эффекта Сакса — Вольфе (ИЭСВ) существование тёмной энергии, составляющей, предположительно, 73% всей материи во Вселенной. Напомним: после обнаружения ИЭСВ в 2003 году поднялась большая шумиха. К примеру, журнал Science назвал ИЭСВ «открытием года», но затем в силу вошли критики — ведь вариации в уровне энергии фотонов были относительно слабыми, поэтому некоторые астрономы даже ставили под сомнение сам факт обнаружения ИЭСВ.

Авторы нынешней работы заново рассмотрели все аргументы против ИЭСВ, а также уточнили карты, которые использовались в первом исследовании, посвящённом этому явлению. В итоге они пришли к выводу, что с вероятностью в 99,996% именно тёмная энергия ответственна за наличие более горячих участков в реликтовом излучении. (К слову, это тот же уровень надёжности, которого удалось достичь при открытии хиггсовского бозона.)

При отсутствии тёмной энергии или значительной кривизны во Вселенной между картой реликтового изучения и картиной распределения галактик не было бы никакой связи; напротив, существование тёмной энергии, её присутствие в районах распространения фотонов реликтового излучения должно влиять на энергию последних, создавая его анизотропию. Сверка имеющихся карт РИ и расположения близких к нам галактик показала: такая связь почти несомненно существует, что говорит скорее в пользу существования тёмной энергии.

Безусловно, самым важным следствием этой работы можно считать проверку самого факта существования тёмной энергии. Можно сказать, что теперь его нельзя оценивать ниже достигнутой точности в 99,996%: это, конечно, весьма близко к констатации её достоверного существования.

Впрочем, карты анизотропии реликтового излучения находятся в состоянии постоянного уточнения, поэтому, полагает ведущий автор работы Томаззо Жанантонио, «следующее поколение исследований реликтового излучения и галактик должно обеспечить точные измерения, либо подтверждающие теорию относительности, включая [факт существования] тёмной энергии, либо, что было бы ещё более интригующим, требующие нового понимания того, как работает гравитация».

Подготовлено по материалам Королевского астрономического общества.