Недавнее научное исследование, обобщённое в обзоре, опубликованном в Reviews of Modern Physics, указывает на то, что крупномасштабная структура Вселенной может быть асимметричной — «сдвинутой» в пространстве, а не одинаковой во всех направлениях. Эта особенность, известная как космическая дипольная аномалия, вызывает серьёзные вопросы к одному из краеугольных положений современной космологии — предположению о том, что Вселенная в основном однородна и изотропна (одинакова во всех направлениях) при усреднении на очень больших масштабах.
Что подразумевает стандартная космологическая модель
Современная космология основывается на ΛCDM-модели (Lambda-Cold Dark Matter), которая сочетает темную энергию Λ, холодную тёмную материю и обычную материю в рамках уравнений ОТО (общей теории относительности). Важным предположением этой модели является фундаментальное изотропное и однородное распределение материи и энергии в пространстве, когда мы рассматриваем масштабы намного больше размеров галактик и галактических скоплений. Такое представление позволяет упростить математическое описание космоса и служит основой для вычислений свойств расширения Вселенной.
Космический микроволновой фон как база для однородности
Одним из аргументов в пользу однородности и изотропии является космический микроволновой фон (CMB) — остаточное излучение Большого взрыва. Его температура варьируется по небу с очень малой амплитудой (около одной части на сто тысяч), что указывает на высокую степень однородности в ранней Вселенной.
Тем не менее, в данных наблюдаются аномалии, которые не укладываются в простую картину идеально однородного космоса.
Что такое космическая дипольная аномалия
Одной из наиболее значимых «напряжённостей» в данных является именно космическая дипольная аномалия. Это не просто вариация температуры в CMB, а проявление неодинакового распределения движения материи и крупномасштабной структуры Вселенной. Суть эффекта заключается в том, что направление и амплитуда вариаций в распределении материи (например, радиогалактик и квазаров) не совпадают с теми, которые наблюдаются в CMB.
Тест Эллиса–Бальдвина
В 1984 году астрономы Джордж Эллис и Джон Бальдвин предложили тест, который сравнивает анизотропию (неодинаковость по направлению) в CMB и в распределении видимой материи. Согласно стандартной модели, эти две величины должны быть согласованы, но современные наблюдения показывают явное несоответствие: поведение материи на больших масштабах сильно отличается от того, что предсказывается на основе CMB.
Это несоответствие подтверждается данными, полученными разными методами — как с помощью радиотелескопов, так и в инфракрасном диапазоне. Различные длины волн и независимые источники наблюдений дают одинаковый результат, что делает вероятность систематической ошибки крайне малой.
Почему это важно
Если космическая дипольная аномалия действительно отражает реальную асимметрию во Вселенной, это означает, что универсальная симметрия, лежащая в основе ΛCDM-модели, может быть неполной или требовать пересмотра. Такой результат может иметь глубокие последствия:
- Это бросает вызов FLRW-описанию Вселенной, которое предполагает максимальную однородность и изотропность пространства.
- Нарушение этих предположений потребует введения новых физических механизмов или модификаций общего космологического подхода.
- Возможно, потребуется пересмотреть некоторые основные параметры, используемые для измерения расширения Вселенной и других фундаментальных свойств.
Как связана аномалия с «напряжённостями» в космологии
Космологическая наука уже сталкивается с несколькими противоречиями между различными измерениями. Одно из них — так называемое напряжение Хаббла: разница в значениях скорости расширения Вселенной, полученных из наблюдений раннего и позднего космоса. Хотя это напряжение не связано напрямую с дипольной аномалией, факт существования нескольких независимых «трудностей» указывает на то, что современная ΛCDM-модель может быть неполной.
Будущие наблюдения и данные
В ближайшие годы ожидается значительный рост качества и объёмов космологических данных. Новые космические и наземные проекты, такие как обсерватории Euclid, SPHEREx, Vera C. Rubin Observatory и радиоинтерферометр Square Kilometer Array (SKA), будут собирать детальные карты распределения материи в огромных объёмах пространства.
Эти измерения позволят:
- проверить существование и характер дипольной аномалии;
- уточнить распределение галактик, квазаров и других источников;
- оценить, насколько широко распространена асимметрия на самых больших космических масштабах.
Текущее понимание
На сегодняшний день вывод о «невыровненности» Вселенной не является окончательным доказательством отказа от ΛCDM-модели, но представляет собой значительный вызов. Он требует от космологов критического пересмотра фундаментальных предположений, чтобы обеспечить согласованную теоретическую картину, объясняющую все доступные данные.
Источники:
Статья создана по материалам https://phys.org/news/2025-12-universe-lopsided.html
