Кажется, уже все слышали, что Вселенная расширяется и расширяется она с ускорением. Раньше главным вопросом было «почему?». Теперь же ученые знают о темной энергии, которая определяет расширение Вселенной, поэтому сейчас главный вопрос звучит так: «Что это такое и как оно себя ведёт?» Ответом на этот вопрос занимается главный научный сотрудник НИИ Физики ЮФУ, доктор физико-математических наук, профессор Максим Хлопов совместно со своими индийскими коллегами.

Сейчас полагают, что плотность темной энергии постоянна и не зависит от времени, о чем говорит ранняя теория инфляции – теория, основанная на космологических постоянных или реальных скалярных полях в приближениях медленного скатывания. Но подход научной группы предполагает, что она может изменяться. Это связано с гипотетическим полем квинтэссенции, плотность энергии которого уменьшается по мере приближения к минимуму. Авторы работы, результаты которой изложены в журнале «Astroparticle Physics», исследуют инфляцию в точке перегиба, рассматривая каноническое скалярное поле в отсутствие связи с фоновой материей.

Поле квинтэссенции — это одна из гипотез о природе темной энергии. Предположения о том, что она существует, ведет нас к тому, что плотность темной энергии может меняться во времени и пространстве, что может изменить понимание ученых о том, как расширяется Вселенная. Эта модель разрешает многие проблемы науки, связанные с поиском космологической постоянной. Каноническое скалярное поле (квинтэссенция) считается одним из потенциальных кандидатов для динамической модели темной энергии.

В работе ученые рассмотрели связь между квинтэссенцией и материей (барионная и темная материя).  Так, были рассмотрены два компонента, один из которых представляет собой вещество без давления, а другой — скалярное поле как источник динамической темной энергии. Эти компоненты взаимодействуют друг с другом, что изменяет их поведение при масштабировании. По итогам работы исследователи построили две разные модели развития Вселенной при разных параметрах поля квинтэссенции, которые согласуются с наблюдениями современного расширения Вселенной. В частности результаты моделирования сравнивались с наблюдениями обсерватории Планк.

Характер расширения Вселенной, который был предложен в работе, отличается от модели, признанной стандартной. Это открывает огромные возможности для исследования динамических, изменяющихся форм темной материи, для их экспериментального и наблюдательного поиска. Перед учеными встают новые вопросы о том, как поле квинтэссенции взаимодействует с веществом и какую роль может играть в астрофизических процессах.

«Уже после того, как наша работа была принята к печати, появились первые данные эксперимента The Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), исследующего темную энергию в спектрометрических измерениях сотен миллионов галактик. Эти данные о крупномасштабной структуре Вселенной содержат первые указания на возможный динамический характер темной энергии, придавая нашим результатам особую актуальность», – рассказал Максим Хлопов.

Исследование выполнялось при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (госконтракт ГЗ0110/23-10-ИФ).

Текст: Полина Бринза, ред: Юлия Сопрунова