Судьба Вселенной: «Большой разрыв», «Большое сжатие» или что-то новое

С конца 1990-х годов данные о крупномасштабной структуре Вселенной, сверхновых и космическом микроволновом фоне (CMB) указывали на доминирование темной энергии и неизбежное "Большое замерзание". Однако в 2024 году эта картина стала менее ясной из-за противоречий в измерениях Хаббла и новых данных от DESI.

С тех пор как стало известно, что Вселенная расширяется, ученые пытались понять, чем это закончится. Известно, что наша Вселенная началась с горячего Большого взрыва, после которого она расширялась, охлаждалась и образовывала сложную космическую структуру. Наблюдения с помощью мощных инструментов позволяют определить, из чего состоит Вселенная, и сделать выводы о ее будущем.

В 1960-х годах появились доказательства горячего Большого взрыва. В 1970-80-х годах стало ясно, что Вселенная содержит большое количество темной материи. В 1990-х годах было обнаружено, что Вселенная и ее скорость расширения контролируются темной энергией, которая ведет себя как форма энергии, присущая самому пространству. Это привело к выводу, что Вселенная будет расширяться вечно, а темная энергия останется постоянной.

Однако новые данные ставят эту теорию под сомнение. Ученые из проекта DESI обнаружили, что сила темной энергии могла уменьшаться с течением времени. Этот вывод был сделан на основе трехмерных картографических данных о положении галактик. Если раньше считалось, что темная энергия является постоянной, то теперь предполагается, что ее влияние на расширение Вселенной может изменяться.

Еще в 1990-х годах были несоответствия в данных: скорость расширения Вселенной, если бы в ней были только материя и излучение, указывала на возраст Вселенной в 9-12 миллиардов лет, тогда как возраст некоторых звезд и звездных скоплений достигал 14-16 миллиардов лет. Также общая плотность материи во Вселенной составляла около 30% от критической плотности, что имело важные последствия для будущего Вселенной.

Изучая расширение Вселенной, ученые пришли к трем возможным сценариям:

1. Скорость расширения Вселенной слишком велика, чтобы материя и излучение могли ее преодолеть. Хотя гравитация может замедлить космическое расширение, Вселенная продолжает расширяться вечно, что приводит к сценарию тепловой смерти или так называемому Большому замерзанию .

2. Возможен и сценарий, при котором материя и излучение оказываются достаточными, чтобы превзойти гравитацию первоначального расширения. В этом случае Вселенная продолжает расширяться, но гравитация постепенно замедляет это расширение, в конечном итоге останавливает его и затем обращает процесс, вызывая сжатие. Этот сценарий заканчивается противоположностью Большого взрыва – Большим сжатием.

3. Также возможен баланс между этими двумя сценариями, известный как эффект "Златовласки". В этом случае добавление еще одного атома привело бы к космическому коллапсу, а отсутствие этого атома означало бы, что Вселенная продолжает расширяться по инерции, в то время как скорость расширения асимптотически стремится к нулю. Этот сценарий называется критической плотности Вселенной.

В 1990-х годах стало понятно, что наше понимание Вселенной не полностью соответствует наблюдениям. Данные о сверхновых типа Ia позволили измерить скорость расширения Вселенной и понять, что она содержит темную энергию, увеличивающую возраст Вселенной до 13,8 миллиардов лет.

Темная энергия, согласно новым данным, может не быть постоянной. Если ее плотность изменяется, это может привести к новым сценариям развития Вселенной, включая "Большой разрыв" или повторное сжатие. Новые наблюдения от DESI, включающие данные о шести миллионах галактик, показывают, что темная энергия, возможно, начала ослабевать около 7 миллиардов лет назад.

Эти открытия ставят под сомнение прежние предположения о будущем Вселенной и требуют дальнейших исследований. Возможные изменения в понимании темной энергии могут существенно изменить представление о конечной судьбе Вселенной.