Новое исследование предполагает, что Вселенная может быть не столь идеально сбалансированной, как некогда полагали ученые. На протяжении десятилетий стандартная космологическая модель, известная как модель Лямбда-CDM, исходила из предположения, что Вселенная однородна и изотропна при рассмотрении на чрезвычайно больших масштабах. «Лямбда» относится к темной энергии — неизвестному явлению, которое, как считается, вызывает ускоренное расширение Вселенной, в то время как «CDM» означает холодную темную материю, невидимую форму материи, которая, как полагают, движется относительно медленно по сравнению со светом. Модель построена на космологическом принципе — допущении, что Вселенная должна выглядеть примерно одинаково во всех направлениях и иметь материю, распределенную в целом равномерно. Однако недавние данные указывают на нечто иное: Вселенная, возможно, является «перекошенной».
Ключевая проблема заключается в явлении, называемом космической дипольной аномалией. Чтобы понять это, полезно начать с реликтового микроволнового излучения (РМИ) — слабого микроволнового излучения, оставшегося примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда молодая Вселенная остыла достаточно, чтобы свет мог свободно распространяться в пространстве. РМИ является одним из самых веских доказательств в пользу современной космологии, поскольку оно сохраняет снимок ранней Вселенной. Хотя излучение на удивление однородно, оно содержит крошечные температурные вариации, известные как анизотропии. Одной из наиболее важных является дипольная анизотропия, при которой одна сторона неба кажется немного горячее, а противоположная — немного холоднее. Ученые традиционно интерпретировали эту картину как результат движения Солнечной системы относительно «системы покоя» Вселенной, что создает эффект, подобный эффекту Доплера.
Если это объяснение верно, то далекие галактики и квазары должны демонстрировать схожий дипольный паттерн. Эта идея была впервые предложена в 1980-х годах космологами Джорджем Эллисом и Джоном Болдуином и позже стала известна как тест Эллиса-Болдуина. Ожидалось, что диполь, измеренный в материи, будет совпадать с диполем, наблюдаемым в РМИ как по направлению, так и по силе. Однако новое исследование показало, что, хотя направления совпадают, амплитуды — нет. Иными словами, вариация, наблюдаемая в далекой материи, кажется значительно более сильной, чем предсказывают современные космологические модели.
Чтобы исследовать это расхождение, исследователи проанализировали более 1,4 миллиона квазаров и около полумиллиона радиоисточников. Их результаты, как сообщается, превышают значимость 5σ («пять сигма») — статистический стандарт, часто используемый в физике элементарных частиц и космологии. Результат в пять сигма означает, что вероятность случайного возникновения наблюдения чрезвычайно мала — примерно 1 к 3,5 миллиона. CERN использовал этот же порог при подтверждении открытия бозона Хиггса, поскольку он значительно снижает вероятность ложных обнаружений. По словам профессора Субира Саркара: «Эту проблему больше нельзя игнорировать. Сама применимость метрики FLRW теперь под вопросом!»
Метрика FLRW — названная в честь Фридмана, Леметра, Робертсона и Уокера — это математическая основа, используемая для описания расширяющейся Вселенной в рамках общей теории относительности Эйнштейна. Она предполагает, что Вселенная однородна и изотропна в больших масштабах и составляет основу модели Лямбда-CDM. Если наблюдения выявляют асимметрию в больших масштабах, то описание FLRW может больше неточно отражать космическую структуру.
Это важно, поскольку стандартная космологическая модель также в значительной степени опирается на существование темной энергии, которая, по оценкам, составляет около 70% общего энергетического содержания Вселенной и используется для объяснения того, почему космическое расширение, по-видимому, ускоряется. Тем не менее темная энергия остается гипотетической, без прямо подтвержденного физического объяснения. Если Вселенная на самом деле не изотропна, то некоторые доказательства, интерпретируемые как подтверждение темной энергии, могут вместо этого проистекать из неверных предположений о геометрии и структуре самой Вселенной.
Доктор Себастьян фон Хаузеггер добавил: «Если далекие источники не изотропны в системе покоя, в которой изотропен РМИ, это подразумевает нарушение космологического принципа… что означает возвращение к исходной точке!»
Космическая дипольная аномалия получила значительно меньше общественного внимания, чем напряженность Хаббла — еще одно серьезное разногласие в космологии, касающееся измерений скорости расширения Вселенной, известной как постоянная Хаббла. Измерения, основанные на ранней Вселенной, особенно на РМИ, дают более низкие значения, чем измерения, основанные на близлежащих сверхновых и галактиках. Но в то время как напряженность Хаббла ставит под сомнение расчеты космического расширения, дипольная аномалия затрагивает нечто еще более глубокое: предположение о том, что сама Вселенная статистически однородна в самых больших масштабах.
Заглядывая в будущее, несколько крупных астрономических проектов могут помочь определить, является ли Вселенная действительно асимметричной. Спутник «Евклид» Европейского космического агентства составляет карту миллиардов галактик для изучения темной энергии и космической структуры. Миссия NASA SPHEREx проведет обзор всего неба в инфракрасном свете для исследования формирования галактик и происхождения космической структуры. Обсерватория имени Веры Рубин будет многократно сканировать южное небо для изучения темной материи и переходных космических событий, в то время как Square Kilometre Array (SKA), огромный международный проект радиотелескопов, будет исследовать крупномасштабную структуру Вселенной с беспрецедентной чувствительностью. Достижения в области машинного обучения также могут помочь ученым разработать новые космологические модели, способные объяснить эти неожиданные наблюдения.
На данный момент исследование предполагает, что Вселенная может быть не такой простой, симметричной или равномерно распределенной, как полагали ученые. Если будущие наблюдения подтвердят эти выводы, исследователям, возможно, придется пересмотреть не только стандартную космологическую модель, но, возможно, и саму роль темной энергии.
Источник: The Conversation, Oxford University
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и проверена редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать закон.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
