Ученый Раджендра П. Гупта (Rajendra P. Gupta, University of Ottawa, Кафедра физики, Оттавский университет (University of Ottawa), Канада) — рассматривает способность модели космологии с ковариационной константой связи (CCC) и эффектом усталого света (TL, «tired light») объяснять астрофизические наблюдения, связанные с вращательными кривыми галактик, без привлечения гипотезы о темной материи и энергии. Работа опубликована в журнале Galaxies (MDPI) в 2025 году в рамках специального выпуска «Альтернативные интерпретации наблюдаемого галактического поведения» ("Alternative Interpretations of Observed Galactic Behaviors").

Введение и мотивация

Кривые вращения галактик — профили изменения скорости вращения звёзд или газа относительно расстояния от центра — являются одним из фундаментальных доказательств наличия «невидимой» массы во Вселенной, обычно приписываемой темной материи. Однако многолетние попытки обнаружить частицы темной материи ни к чему не привели. Кроме того, современные альтернативные теории гравитации (например, MOND, TeVeS, f(R)-гравитация) недостаточно согласованы с космологическими наблюдениями либо требуют непрямых и нестабильных допущений.

Автор предлагает рассмотреть эволюцию фундаментальных физических констант (скорости света, гравитационной постоянной, постоянной Планка и др.) совместно с расширением Вселенной, что и реализовано в модели CCC. Кроме того, для объяснения красного смещения применяется смешанный механизм: часть вызвана расширением, часть — эффектом усталого света Цвикки (Zwicky). В модели CCC+TL параметры эволюции констант связи дают нелинейные поправки к уравнениям Фридмана, что приводит к появлению новых энергокомпонент: α-материи и α-энергии, которые по своим проявлениям соответствуют наблюдаемым эффектам темной материи и темной энергии.

Теоретические основы

Модель CCC вводит в космологические уравнения дополнительный масштабный фактор φ(t), отражающий эволюцию единицы длины Вселенной. Обобщение стандартных уравнений приводит к новым выражениям для энергии, материи и излучения, а также модифицирует выражение для критической и относительной плотности вещества:

• α — константа определяет степень изменения физических констант с космическим временем.
• Новые компоненты плотности: α-энергия и α-материя.
• Эти компоненты возникают не из реальных частиц, а из масштабных изменений фундаментальных констант.

Автор показывает, что для объяснения космологических наблюдений (сверхновые 1a Pantheon+, реликтовое излучение, BАО, эффекты замедления времени) достаточно эволюции констант и усталого света, без гипотезы темной материи. Барионная составляющая играет определяющую роль, а новые параметры вносят вклад, аналогичный эффекту темной материи в разных масштабах Вселенной.

Анализ кривых вращения

Для проверки модели CCC+TL на астрофизическом уровне анализируются вращательные кривые галактик из базы SPARC (Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves). Это крупнейший массив наблюдений по галактикам разной морфологии от S0 до Irregular, с надежными замерами вращения HI/Hα и фотометрией на длине волны 3.6 мкм.

• В CCC+TL вклад α-материи и α-энергии определяется локальной барионной плотностью: в регионах с высокой плотностью вклад минимален, в разреженных — максимален.
• Для галактик NGC3198, D631-7, NGC6503, UGC09133, NGC3521, NGC1090, NGC7814 подробно рассчитываются профили кривых вращения, сравниваются с данными SPARC. С помощью одного универсального параметра — плотности выключения (ρ_t), удается воспроизвести реальные барионные кривые вращения.
• Аналитически показано, что вне центральных областей, где кривая вращения «плоская», масса и плотность масштабируются как 1/R21/R^21/R2 (для общей массы) и 1/R41/R^41/R4 (для барионной), что хорошо согласуется с экспериментальными данными и известной моделью Хернквиста (Hernquist, 1990).
• Параметр α оказывается универсальным для описания кривых вращения различных типов галактик, причем значения ускорений совпадают по порядку величины с параметром Милгрома (MOND), хотя подход принципиально иной.

Обсуждение и выводы

Автор подчеркивает, что в данной модели эффект «темной материи» не требует гипотезы о новых частицах, а полностью объясняется эволюцией физических констант и структурой барионной плотности. α-энергия и α-материя естественно ведут себя как динамическая квинтэссенция и могут смягчать множество парадоксов стандартной ΛCDM-космологии.

• В CCC+TL кривые вращения галактик с низким красным смещением воспроизводятся без темной материи.
• С ростом красного смещения вклад α-материи относительно барионной материи уменьшается, что согласуется с наблюдаемым падением кривых вращения для далеких галактик.
• Модель применима для широкого круга морфологий и подтверждается анализом более чем 50 профилей галактик.
• Предлагаемый подход означает, что все космологически необходимые «темные» компоненты — это динамические проявления барионной материи, управляемые ковариацией констант связи.

Перспективы и ограничения

Работа является proof-of-concept: необходимы дальнейшие численные расчеты для уточнения зависимости параметра выключения, а также расширение анализа на скопления галактик и эффекты гравитационного линзирования. Автор указывает на возможность согласования моделей образования галактик с новыми наблюдаемыми классами карликовых галактик, свободных от темной материи, а также перспективы анализа самых ранних дисковых галактик (например, REBELS-25, z=7.31).

Таким образом, CCC+TL — это перспективная космологическая парадигма, допускающая объяснение большинства существующих астрофизических и космологических наблюдений без гипотезы о темной материи и энергии, только посредством учета эволюции фундаментальных констант и барионного состава структуры Вселенной.

Источник: MDPI