Почему небо темное. Как устроена Вселенная

Рис. 38. Объединенные результаты SCP (открытые кружки) и ΗΖΤ (черные точки) для далеких SN Ia. На верхнем рисунке показана зависимость модуля расстояния (разность видимой и абсолютной звездной величин сверхновой в максимуме блеска) от красного смещения. Линиями показаны ожидаемые зависимости для разных космологических моделей. Внизу изображены отклонения модулей расстояния от предсказаний модели пустой Вселенной с Ωm = 0.3 и с нулевой космологической постоянной. Видно, что данные для далеких SN лежат, в среднем, выше этой теоретической зависимости, изображенной горизонтальной прямой из точек. Сдвиг наблюдательных точек описывается моделью с Ωm = 0.3 и ΩΛ = 0.7 (непрерывная кривая). (Перлмуттер, Шмидт 2003)

Рис. 39. Эволюция значения постоянной Хаббла по данным о далеких SN Ia согласно Райссу и др. (2007). По вертикальной оси отложено нормированное на 100 км/с/Мпк значение постоянной Хаббла, по горизонтальной – красное смещение (числа вдоль верхней горизонтальной оси – значения z ). Кружки – результаты измерений, непрерывная кривая – ожидаемая зависимость для модели с Ωm = 0.3 и ΩΛ = 0.7.

На рис. 39 показано изменение постоянной Хаббла со временем по данным о далеких сверхновых. Наглядно видно «торможение» Вселенной – при z ~ 1–1.5 (то есть 8–9 млрд лет назад) постоянная Хаббла была примерно в два раза больше. Видно также, что открытие ускоренного расширения не означает, что уже сейчас темп расширения Вселенной растет. На самом деле он еще падает, но не так быстро, как ранее ожидалось – замедление расширения Вселенной тормозится и когда-нибудь постоянная Хаббла, действительно, начнет расти. Простейшей интерпретацией наблюдений являлось предположение о существовании некоей формы энергии (ее стали называть темная энергия ) [28] , «расталкивающей» Вселенную и приводящей к изменению темпа ее расширения. Как следовало из наблюдений, свойства этой субстанции должны быть очень странными. Во-первых, она не скучивается, то есть не собирается в обычные объекты типа галактик и их скоплений, и ее распределение в пространстве, по-видимому, близко к равномерному. Во-вторых, как уже не раз писалось, она заставляет Вселенную расширяться, то есть темная энергия, в отличие от обычной материи, создает не тяготение, а антитяготение, антигравитацию. В-третьих, сколь бы необычным это не выглядело, плотность темной энергии по современным данным практически не зависит от времени (имеется ввиду абсолютная плотность, измеренная, скажем, в г/см3). В-четвертых, в настоящую эпоху вклад темной энергии в полную плотность Вселенной является определяющим – ΩΛ ~ 0.7. Это не всегда было так – плотности обычного вещества и темной материи, в отличие от темной энергии, зависят от времени, и в более ранние эпохи эволюции Вселенной относительный вклад темной энергии был меньше (рис. 40).

Рис. 40. Зависимость плотности вещества (кривая линия) и темной энергии (горизонтальная прямая) от времени (Краус 2002). Вдоль вертикальной оси отложена плотность в г/см3, вдоль горизонтальной – время, прошедшее после Большого взрыва, в миллиардах лет. Стрелочкой указана современная эпоха.