Современная космология основана на предположении, что если рассматривать Вселенную на достаточно больших масштабах, она должна выглядеть одинаково во всех направлениях. Это положение, известное как принцип изотропности, лежит в основе большинства современных моделей эволюции космоса. Однако новое исследование, выполненное с использованием данных проекта DESI, показало, что реальная картина может оказаться значительно сложнее.
Анализ крупнейшей трёхмерной карты Вселенной выявил признаки того, что даже на гигантских расстояниях распределение галактик сохраняет направленные неоднородности. Если дальнейшие исследования подтвердят этот результат, учёным, возможно, придётся пересмотреть некоторые фундаментальные представления о строении Вселенной.
Что такое принцип изотропности
На небольших масштабах Вселенная выглядит весьма неоднородной.
Галактики объединяются в группы и скопления, между которыми находятся огромные пустоты. Всё это образует гигантскую сеть из нитей, стенок и пустот, известную как космическая паутина.
Однако космологи давно считают, что если рассматривать области размером в сотни миллионов и миллиарды световых лет, эти неоднородности должны постепенно сглаживаться.
Именно поэтому считается, что в очень больших масштабах Вселенная статистически одинакова независимо от направления наблюдения.
Этот принцип используется практически во всех современных космологических моделях, включая модель расширения Вселенной, расчёты её возраста и описание формирования крупных структур.
Как DESI помогает изучать Вселенную
Проект DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) представляет собой один из самых масштабных астрономических проектов последних лет.
За пять лет работы прибор создал крупнейшую в истории трёхмерную карту космоса.
В неё вошли сведения примерно о 47 миллионах галактик и квазаров, расположенных на расстояниях до 11 миллиардов световых лет. Такая карта позволяет проследить распределение вещества практически на протяжении большей части истории Вселенной.
Первоначально DESI создавался главным образом для исследования тёмной энергии, однако объём собранных данных оказался настолько велик, что его можно использовать для проверки самых разных космологических гипотез.
Что обнаружили исследователи
Авторы новой работы решили проверить не наличие какого-либо одного предпочтительного направления во Вселенной, а общую пространственную структуру распределения галактик.
Для этого они использовали новый статистический метод, позволяющий анализировать взаимное расположение миллионов объектов без необходимости заранее задавать предполагаемое направление возможной анизотропии.
Результаты оказались неожиданными.
Даже на расстояниях порядка гигапарсека — то есть нескольких миллиардов световых лет — распределение галактик сохраняло направленные различия.
Иными словами, космическая паутина оказалась более выраженной, чем предсказывают стандартные космологические модели.
По словам авторов исследования, подобные структуры прослеживаются на масштабах, значительно превышающих те, где ранее ожидалось полное статистическое выравнивание распределения вещества.
Почему это важно
Если результат подтвердится независимыми исследованиями, последствия могут оказаться весьма серьёзными.
Современная космология опирается на предположение, что в среднем Вселенная является однородной и изотропной.
Именно это позволяет применять сравнительно простые математические модели для описания её расширения и эволюции.
Если же крупномасштабные неоднородности сохраняются значительно дольше, чем считалось ранее, некоторые используемые модели могут потребовать уточнения.
Это вовсе не означает, что существующая космология ошибочна целиком.
Скорее речь идёт о необходимости более точно учитывать особенности формирования гигантских структур.
Что представляет собой космическая паутина
Хотя на фотографиях галактики выглядят отдельными островами света, в действительности они образуют сложную сеть.
Гравитация постепенно собирала вещество после Большого взрыва, формируя длинные нити из галактик, соединяющие крупные скопления.
Между ними находятся огромные области практически пустого пространства — космические пустоты.
Именно эта сеть получила название космической паутины.
До сих пор считалось, что по мере увеличения масштаба наблюдений влияние отдельных нитей постепенно исчезает, и распределение материи становится практически одинаковым.
Новая работа показывает, что этот переход может происходить значительно медленнее, чем предполагалось.
Почему открытие ещё нельзя считать окончательным
Авторы исследования подчёркивают, что обнаруженные неоднородности пока не являются окончательным опровержением стандартной космологической модели.
Во-первых, необходимо убедиться, что результат не связан с особенностями обработки данных или статистическими эффектами.
Во-вторых, требуется независимая проверка другими исследовательскими группами и с использованием альтернативных обзоров неба.
Кроме того, даже если неоднородности действительно существуют, это ещё не означает нарушение всех фундаментальных принципов космологии.
Возможно, Вселенная становится полностью изотропной лишь на ещё больших масштабах, которые пока невозможно исследовать с достаточной точностью.
Какие объяснения рассматриваются
Пока исследование не предлагает окончательного физического объяснения обнаруженного эффекта.
Среди возможных вариантов обсуждаются модели, допускающие более сложную структуру распределения вещества в ранней Вселенной.
Также рассматриваются сценарии, в которых образование крупномасштабных структур происходило быстрее, чем предполагают современные модели.
Некоторые теоретические работы допускают, что определённую роль могут играть особенности поведения тёмной материи или влияние неоднородностей на общую динамику расширения Вселенной.
Однако все эти идеи пока остаются предметом дальнейших исследований и не получили экспериментального подтверждения.
Почему DESI становится одним из важнейших проектов современной космологии
За последние годы DESI уже неоднократно становился источником результатов, заставляющих специалистов внимательно пересматривать привычные представления о космосе.
Благодаря рекордному объёму данных исследователи получили возможность изучать Вселенную с точностью, которая ещё недавно казалась недостижимой.
По мере обработки полного массива наблюдений ожидается публикация новых работ, посвящённых тёмной энергии, эволюции галактик, космической паутине и проверке фундаментальных законов космологии.
Вселенная может оказаться менее «одинаковой», чем предполагалось
Новое исследование не разрушает современную космологию, но заставляет внимательнее взглянуть на одно из её базовых предположений. Если распределение галактик действительно сохраняет выраженную направленную структуру даже на масштабах в миллиарды световых лет, это станет важным указанием на то, что процессы формирования Вселенной были сложнее, чем описывают существующие модели.
Для окончательных выводов потребуются новые наблюдения и независимые проверки. Тем не менее уже сейчас результаты демонстрируют, насколько ценными оказываются крупнейшие обзоры неба. Чем подробнее становится карта Вселенной, тем больше шансов обнаружить особенности, которые раньше оставались скрытыми и способны изменить представления о её устройстве.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
