Темная энергия, движущаяся звездообразованием

Наложение предсказанной истории темной энергии информации (красные контуры) с прибором Dark Energy Spectrograph Instrument, DESI, измеренной историей темной энергии в терминах описания w₀-w_a параметра уравнения состояния темной энергии. Автор: Adapted from Entropy (2025). DOI: 10.3390/e27020110

Рольф Ландауэр показал, что «информация физична», и каждый бит эквивалентен небольшому количеству энергии, пропорциональному температуре. Эквивалентная энергия Ландауэра информации, переносимой или представляемой материей, фактически обеспечивает информационную темную энергию (IDE). Многие объекты во Вселенной, размером от звезд до скоплений галактик, имеют температуру, которая изменяется в зависимости от квадратного корня массы объекта.

В исследовании, опубликованном в журнале Entropy, профессор Пол Гоф из Университета Сассекса показывает, что объединение этой связи с обзором измерений звездообразования дает IDE, обусловленную звездообразованием, с историей, которая соответствует недавним результатам Dark Energy Spectrograph Instrument (DESI) (см. изображение выше). Значительное совпадение между прогнозом IDE и фактическим измерением DESI является свидетельством IDE, обусловленного звездообразованием, как источника фантомной темной энергии (увеличивающейся плотности энергии).

До сих пор консенсусная модель ΛCDM была успешной, хотя до сих пор нет удовлетворительных объяснений ни для одного из двух основных компонентов, Λ и холодной темной материи (CDM). Как показывает последний результат DESI, Λ находится за пределами измеренной области вероятности темной энергии (см. изображение выше); стоит также рассмотреть альтернативные объяснения, такие как IDE.

Помимо хорошего соответствия IDE измеренной истории темной энергии, IDE также имеет значительную общую энергию Вселенной, приближающуюся к эквивалентной энергии Вселенной 10 ⁷⁰ Дж mc ², 10 ⁵³ кг барионов.

Источник темной энергии IDE может преодолеть многие проблемы и противоречия стандартной модели. Например, учет IDE наблюдаемых эффектов темной энергии позволил бы Λ принять более вероятное значение ноль и решить проблему космологической постоянной.

Увеличение звездообразования с ростом IDE приводит к нашей нынешней эпохе доминирования темной энергии. Рост звездообразования также увеличил вероятность того, что разумные существа эволюционируют, чтобы обнаружить ускоряющееся расширение Вселенной. Поэтому неудивительно, что мы живем в эпоху доминирования темной энергии, и проблема космологического совпадения «Почему сейчас?» также эффективно решена.

Поскольку плотность массы Вселенной резко падала с ростом объема Вселенной, IDE быстро росла с образованием звезд. Эта комбинация привела к внезапному появлению темной энергии в поздней Вселенной, когда плотность энергии IDE превысила плотность энергии массы.

Несколько теоретических исследований показали, что такое внезапное включение темной энергии может разрешить нынешние напряжения как в постоянной Хаббла, H ₀, так и в параметре флуктуации материи σ ₈. Эти напряжения в H ₀ и σ ₈ возникают из-за того, что значения, измеренные сегодня, значительно отличаются от значений, предсказанных при использовании стандартной модели ΛCDM для экстраполяции из ранней Вселенной.

Также ожидается, что IDE будет учитывать по крайней мере некоторые эффекты, ранее приписываемые темной материи. Общая теория относительности говорит нам, что пространство-время будет искажено любым накоплением энергии, в какой бы то ни было форме. IDE, связанная с материей в галактиках, будет, таким образом, добавляться к искажению пространства-времени, вызванному непосредственно материей. Имея тот же эффект, что и дополнительный невидимый компонент материи, IDE будет трудно отличить от темной материи.

Здесь приведены два примера гравитационных эффектов, которые можно было бы легче объяснить с помощью IDE. Во многих галактиках было показано, что измеренные эффекты, приписываемые темной материи, имеют свое местоположение, полностью определенное местоположением барионов. Хотя это трудно согласовать с ΛCDM, это явно совместимо с IDE.

Недавние наблюдения JWST очень ранних массивных галактик и ранних скоплений галактик требуют нелинейного ускоряющегося формирования структуры. Опять же, хотя это сложно для линейного иерархического формирования галактик ΛCDM, мы ожидаем такого нелинейного эффекта с IDE, поскольку локальное притяжение увеличивается с образованием звезд.

Стандартная модель ΛCDM предполагает, что ускоряющееся расширение Вселенной будет продолжаться до бесконечности, что в конечном итоге приведет к «тепловой смерти» или «большому холоду». Но IDE рассказывает другую историю. Звездообразование находится в процессе достижения пика, и IDE в конечном итоге начнет уменьшаться, что приведет к возвращению к эпохе доминирования материи с замедляющейся скоростью расширения. Затем, возможно, Вселенная закончится «большим сжатием» или будет продолжаться вечно как «колеблющаяся» или «подпрыгивающая» Вселенная.

Потенциал IDE для объяснения нескольких наблюдаемых эффектов, связанных с темной энергией и темной материей, по сравнению с традиционными объяснениями. Автор: Paul Gough

Гоф резюмирует: «В то время как в масштабах вселенной IDE отталкивает как темная энергия, локально IDE притягивает как темная материя». Таблица выше показывает, в какой степени IDE может объяснить некоторые из наших наблюдений темной стороны.

Эта история является частью Science X Dialog, где исследователи могут сообщать о результатах своих опубликованных исследовательских статей. Посетите эту страницу для получения информации о Science X Dialog и о том, как принять участие.

Больше информации: Michael Paul Gough, Evidence for Dark Energy Driven by Star Formation: Information Dark Energy?, Entropy (2025). DOI: 10.3390/e27020110