«Сдержанный» рост галактических скоплений указывает на возможные открытия в области новой физики.

На протяжении последних нескольких десятилетий астрофизики вынуждены полагаться на так называемую стандартную космологическую модель. Это версия, разработанная теоретиками, описывающая структуру и эволюцию Вселенной, которая до недавнего времени считалась наиболее точной. В общем, она демонстрирует картину, в которой около 70 процентов массы-энергии Вселенной составляет темная энергия, 20-25 процентов — темная материя, а все привычные вещества, такие как галактики, звезды и планеты, составляют лишь жалкие четыре процента.

Темная энергия, напомним, представляет собой гипотетическую силу, которая заставляет вакуум Вселенной расширяться с нарастающей скоростью. Темная материя — это предполагаемое вещество, которое взаимодействует с известными нам материалами только через гравитацию: оно притягивает своим значительным весом, но больше никак не проявляет себя. Таким образом, существуют две противоположные силы: гравитация, которая собирает вещества в скопления, и нечто вроде антигравитации, которое расширяет пространство-время между этими группами.

Стандартная модель описывает, как все это со временем эволюционирует и изменяется. Она предполагает, что под воздействием темной материи сначала образовались звезды и галактики, а затем они начали объединяться в все более крупные структуры, в конечном итоге формируя невообразимые нити вселенской «паутины». Ученые объясняют, что именно так должна функционировать так называемая холодная темная материя: некие медленно движущиеся воображаемые частицы.

Много лет назад этой теории противостояла концепция «горячей» темной материи, согласно которой эволюция вещества во Вселенной должна была происходить в обратном порядке: сначала возникали сверхскопления, которые затем постепенно распадались на более мелкие структуры. Однако эту версию давно отвергли, и в настоящее время продолжаются поиски частиц холодной темной материи.

Тем временем расширение Вселенной, то есть действие темной энергии, остается загадкой. Дело в том, что скорость (или, точнее, ускорение) этого расширения измерялась двумя различными методами, и результаты оказались разными. По данным, полученным от ярких переменных звезд цефеид и вспышек сверхновых, выяснили, что при расстоянии между двумя объектами в 3,26 миллиона световых лет (один мегапарсек) они удаляются друг от друга со скоростью 73 километра в секунду, а при удвоении расстояния эта скорость также удваивается и так далее.

Аналогичные измерения проводились по древнему, так называемому реликтовому излучению. Это очень слабое электромагнитное «эхо» Большого взрыва. По этим данным скорость составила не 73, а всего 68 километров в секунду на каждый мегапарсек расстояния. Можно предположить, что в начале истории Вселенной её расширение происходило иначе, чем сейчас. Эта разница получила название напряженности Хаббла. Учёные предложили объяснить её тем, что темная энергия со временем меняет свои свойства, возможно, в результате взаимодействия с темной материей. Так возникла гипотеза динамической темной энергии.

Недавно астрофизики из США решили проверить эту теорию на примере крупных галактических структур, находящихся относительно близко к нам. Результаты они представили в статье для Physical Review Letters (доступна на сервере препринтов Корнеллского университета). Ученым удалось определить, как выбранные галактики движутся не только относительно нас, но и друг относительно друга, то есть как растут и развиваются их скопления.

По словам исследователей, они наблюдают «подавленный» рост крупных галактических структур: он происходит слишком медленно, чтобы его можно было считать результатом действия динамической темной энергии. Это означает, что напряженность Хаббла в этом случае не нашла объяснения, по крайней мере, с помощью изменяющейся темной энергии, и проблема в стандартной космологической модели остается. Астрофизики подозревают, что для решения этой вселенской головоломки может потребоваться совершенно другая теория.