Около 50 взорвавшихся звёзд перевернули представления о космологии. Исследователи нанесли на карту и измерили свет от сверхновых типа Ia — драматического взрыва особого типа белого карлика. В 1998 году они объявили о своих удивительных результатах: вместо замедления или сохранения постоянства наша Вселенная расширялась всё быстрее и быстрее. За это открытие, связанное с «тёмной энергией» — неизвестным компонентом, вызывающим ускоренное расширение, — была присуждена Нобелевская премия.
С конца 90-х годов десятки экспериментов с использованием различных телескопов и методов зафиксировали и опубликовали более 2000 сверхновых типа Ia. Но без учёта различий использование сверхновых из отдельных экспериментов часто приводит к сравнению несравнимого.
Чтобы объединить данные о сверхновых и более точно измерить роль тёмной энергии в нашей Вселенной, учёные создали крупнейший стандартизированный набор данных о сверхновых типа Ia. Этот сборник называется Union3 и был создан в рамках международного проекта по изучению сверхновых (SCP), который возглавляет Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Департамента энергетики США.
Анализ этого набора данных сверхновых намекает на то, что тёмная энергия может эволюционировать со временем.
Результаты, недавно опубликованные в [The Astrophysical Journal](https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adc0a5), недостаточно убедительны, чтобы однозначно утверждать, что тёмная энергия начала ослабевать. Но они указывают в том же направлении, что и [отдельные анализы с помощью спектрометра тёмной энергии](https://phys.org/news/2025-03-desi-results-hints-dark-energy.html).
Два взаимодополняющих подхода, дающих схожие результаты, вызывают у исследователей интерес. Более того, частично независимый результат, полученный в результате другого анализа сверхновых (включая сверхновые из [исследования тёмной энергии](https://phys.org/news/2024-01-dark-energy-discovery-decade-supernova.html), проводимого под руководством Министерства энергетики США), также, по-видимому, подтверждает этот вывод.
«Я не думаю, что кто-то сейчас прыгает от радости и приходит в чрезмерный восторг, но это потому, что мы, учёные, подавляем любое преждевременное воодушевление, поскольку знаем, что всё может измениться, как только мы получим ещё более точные данные», — сказал Сол Перлмуттер, разделивший Нобелевскую премию 2011 года за открытие тёмной энергии, научный сотрудник Berkeley Lab, профессор Калифорнийского университета в Беркли и соавтор статьи.
«С другой стороны, люди, безусловно, встрепенулись, увидев, что два отдельных метода показывают умеренное расхождение с простой моделью Lambda CDM. Волнительно, что мы наконец-то начинаем достигать уровня точности, когда всё становится интересным, и вы можете начать различать различные теории тёмной энергии», — добавил он.
В нашей доминирующей модели Lambda CDM предполагается, что тёмная энергия (Lambda) имеет одинаковую силу в течение времени и противодействует гравитационному сжатию из-за холодной тёмной материи (CDM). Но другие модели, допускающие изменение тёмной энергии со временем, могут лучше соответствовать тому, что исследователи видят в данных. Если это так, то это будет иметь серьёзные последствия для судьбы Вселенной.
«Тёмная энергия составляет почти 70% Вселенной и является движущей силой расширения, поэтому, если она становится слабее, мы ожидаем, что со временем расширение замедлится», — сказал Дэвид Рубин, первый автор статьи Union3, доцент Гавайского университета в Маноа и ведущий участник проекта по изучению сверхновых.
«Будет ли Вселенная расширяться вечно, или в конце концов остановится, или даже начнёт снова сжиматься? Это зависит от баланса между тёмной энергией и материей. Мы хотим выяснить, что победит, и мы хотим понять этот основополагающий элемент нашей Вселенной», — добавил он.
Отслеживание истории расширения Вселенной с помощью сверхновых — один из способов это выяснить.
Поскольку сверхновые имеют предсказуемую яркость, исследователи могут использовать их в качестве «стандартных свечей» для измерения расстояния — так же, как вы могли бы рассчитать длину тёмного коридора, основываясь на том, насколько яркими кажутся вам свечи в нём. Учёные также изучают красное смещение — меру того, насколько сместился свет сверхновой в сторону более длинных волн из-за расширения пространства.
Union3 стандартизирует 2087 сверхновых из 24 наборов данных и может быть использован для изучения примерно 7 миллиардов лет космической истории. Он основан на [Union2](https://newscenter.lbl.gov/2010/04/21/union2-supernova-dataset/), выпущенном в 2010 году, который содержал 557 сверхновых. Чтобы объединить сверхновые из разрозненных наборов данных, исследователи анализируют световую кривую: как яркость сверхновой достигает пика и уменьшается в течение её жизни. Это позволяет им найти внутреннюю яркость и настроить сверхновые так, чтобы они были в одном масштабе — как калибровка свечи от другого производителя.
Учёные повторно проанализировали сверхновые с помощью сложного статистического метода (Bayesian Hierarchical Model), который может лучше учитывать неопределённости, включая частичную информацию и вероятность ошибок. Это позволяет включать факторы, которые исследователи могут точно не знать, но с ограничениями на то, насколько хорошо они их знают.
Например, новый подход может учитывать, что фильтры в телескопе могут со временем смещаться, изменяя количество света, проходящего от сверхновой. Такая гибкость повышает точность анализа, и её было трудно включить в предыдущие методы.
Улучшенный подход к анализу будет использоваться для включения дополнительных сверхновых. В течение следующего года исследователи планируют добавить ещё три набора данных: один с низкокрасным смещением (более близкими) сверхновыми и два с высококрасным смещением сверхновыми, которые выглядят дальше в прошлое.
«Мы хотели установить базовый уровень, прежде чем мы добавим несколько сотен новых низкокрасных сверхновых, что является одной из областей, где калибровка наиболее важна и где у нас есть некоторые из самых слабых наборов данных в полученных результатах», — сказал Грег Олдеринг, соавтор статьи и физик из Berkeley Lab, который руководил проектом Nearby Supernova Factory.
«Мы думаем, что действительно понимаем калибровку так, как никто раньше, и мы рады добавить больше сверхновых и посмотреть, что они могут рассказать нам о тёмной энергии», — добавил он.
Новый аналитический фреймворк также поможет включить в рассмотрение десятки и сотни тысяч дополнительных сверхновых, ожидаемых от обсерватории Веры Рубин (NSF/DOE’s Vera C. Rubin Observatory), которая недавно [выпустила свои первые изображения](https://rubinobservatory.org/news/first-imagery-rubin), и космического телескопа Нэнси Грейс Роман (NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope) в предстоящее десятилетие.
Чтобы получить более полную картину того, как работает наша Вселенная, исследователи могут объединить свои выводы с результатами дополнительных исследований тёмной энергии, использующих другие подходы.
Другим ведущим методом текущего изучения того, как тёмная энергия меняется со временем, является измерение того, как галактики группируются — характерная черта, известная как барионные акустические колебания (BAO). Это измерение выполняет DESI.
«BAO может заглянуть дальше в прошлое, когда тёмная энергия играла меньшую роль во Вселенной, а сверхновые особенно точны в более поздней Вселенной», — сказал Перлмуттер. «Два метода становятся достаточно хорошими, чтобы мы действительно могли начать говорить о моделях тёмной энергии. Мы долго ждали, чтобы достичь этой точки».
Совместный результат, полученный при использовании сверхновых и BAO, также является ярким примером успешного сотрудничества национальной лаборатории в научной области. Berkeley Lab поддержала десятилетнюю работу проекта по изучению сверхновых, ведущую к открытию ускорения Вселенной, а также последующие исследования сверхновых по изучению моделей тёмной энергии, которые могут это объяснить.
Лаборатория также инициировала и возглавляет сотрудничество DESI, в котором участвуют 70 учреждений, чтобы ответить на тот же вопрос с помощью метода BAO, и возглавила серию дополнительных проектов по изучению космического микроволнового фона (CMB), которые предоставляют важные измерения ранней Вселенной для этих исследований тёмной энергии.
Исследователи в соседних офисах на одном и том же этаже помогли друг другу понять сильные и слабые стороны двух подходов к изучению тёмной энергии, которые меняются со временем — сверхновых и BAO, — когда они были объединены с CMB для получения совместных результатов. Проекты также вдохновили друг друга на составление планов исследований, помогая создавать эти амбициозные, ведущие в мире проекты, в которых используются некоторые из крупнейших телескопов на Земле и в космосе.
Предоставлено [Lawrence Berkeley National Laboratory](https://phys.org/partners/lawrence-berkeley-national-laboratory/)