[Перевод] Что такое тёмная энергия?

Вы все наверняка слышали это словосочетание: тёмная энергия. Но что это, и почему её изучение вызывает затруднения? Начну свой рассказ с истории.

Допустим, у вас есть свеча. Вы всё про неё знаете, включая её яркость и расстояние до неё. Вот такая:

Если я отодвину свечу на удвоенное расстояние, её яркость должна будет уменьшиться в 4 раза. Если я отодвину её на утроенное расстояние, её яркость должна будет уменьшиться в 9 раз. Если я отодвину её на утысячерённое расстояние, её яркость должна будет уменьшиться в миллион раз относительно изначального.

Но только в космосе, конечно, свечек нет. Но зато есть особый класс событий, у которого, насколько нам известно, существует присущая ему яркость (с точностью до нескольких процентов) по всей Вселенной. Это событие – сверхновая типа Ia. Когда наше Солнце, и вообще большинство известных звёзд, сжигают всё горячее, они в итоге превращаются в белых карликов. Наше Солнце в этом случае будет состоять в основном из углерода и кислорода, но белые карлики, бывает, содержат гелий, неон и кремний. Вот один из них:

В нашей Солнечной системе всего одна звезда. Во многих системах есть две и более звёзд. Если одна из них – белый карлик, она может начать красть массу других. В этом случае она начинает расти. Существует критический лимит массы, которую белый карлик может удерживать перед тем, как сами атомы начнут коллапсировать. А когда они коллапсируют, заканчивается это взрывом настолько мощным, что он известен, как сверхновая типа Ia. В следующей анимации показана симуляция взрыва. Обратите внимание, как остальные звёзды вылетают из звёздной системы из-за мощного взрыва:

www.youtube.com/watch?v=t_-nkS3MdXI

Увидев эти сверхновые в разных галактиках, мы можем измерить их яркость, и, зная изначально присущую им яркость, мы можем вычислить расстояние до них. Также мы можем измерить их красное смещение. Этой информации достаточно для того, чтобы понять, как расширяется Вселенная. Вы можете представить три варианта того, что может делать Вселенная после Большого взрыва. В начале у вас есть огромное количество материи и энергии, расширяющихся и разбегающихся друг от друга, но гравитация пытается собрать их вместе. Вот, что может случиться:

Во Вселенной столько материи и энергии, и как следствие, гравитационного притяжения, что гравитация выигрывает и может обратить взрыв, заставив Вселенную сколлапсировать в саму себя (закрытая Вселенная)
Во Вселенной недостаточно материи и энергии, чтобы пересилить расширение, и Вселенная продолжает расширяться вечно (открытая Вселенная)
Во Вселенной как раз столько материи и энергии, чтобы можно было противостоять расширению, при этом не доводя дело до коллапса – только чтобы скорость расширения упала до нуля (плоская Вселенная).

Теперь посмотрев на сверхновые, мы увидим, что они говорят нам о происходящем. И знаете что? Вселенная вообще не делает ни одной из трёх перечисленных вещей! Она какое-то время вроде бы соответствовала модели плоской Вселенной, но в какой-то момент скорость расширения перестала падать, и теперь она не только не упадёт до нуля, но и станет константой в значении 85% от своей текущей величины. Почему? Никто не знает. Но должна в этом быть какая-то физика, и мы дали ей наименование «тёмная энергия», поскольку если бы Вселенная была наполнена новым типом расталкивающей её энергии, это привело бы к ускорению расширения. Но это странный процесс, и он однозначно продолжается, и как его правильно объяснить, мы пока не знаем. Вот что такое тёмная энергия!