Астрономы представили результаты исследования, которые показывают, что Вселенная, возможно, не одинакова во всех направлениях, как принято считать в стандартной космологии. Эта идея о «космической однородности» долгое время лежала в основе моделей, описывающих эволюцию и структуру Вселенной, но новые данные свидетельствуют о возможной асимметрии, что может привести к пересмотру этих моделей.
Основная идея: нарушенная симметрия космоса
Современная космологическая модель, известная как Lambda-CDM (ΛCDM), предполагает, что на самых больших масштабах Вселенная одинакова во всех направлениях и везде выглядит примерно одинаково — это называется изотропией и однородностью. Это допущение значительно упрощает уравнения, описывающие эволюцию космоса, на основе Общей теории относительности Эйнштейна.
Однако последние исследования выявили явление, называемое космической дипольной аномалией (cosmic dipole anomaly), в котором фактические наблюдения не полностью согласуются с предсказаниями модели ΛCDM. Эти наблюдения включают:
- изменения температуры реликтового излучения (космического микроволнового фона — CMB), где одна часть неба кажется слегка теплее другой;
- различия в распределении далёких объектов, таких как радио-галактики и квазары, в разных направлениях неба.
Такая асимметрия может означать, что космос не является строго одинаковым во всех направлениях, как долго полагали учёные.
Почему это важно для космологии
Проверяемая изотропия Вселенной — один из краеугольных камней современного космологического подхода. Если данные действительно указывают на лобовое несовпадение между измерениями реликтового фона и наблюдаемой материей в удалённых частях Вселенной, это приводит к серьёзным вопросам:
- Стандартная модель ΛCDM может быть неполной. Многие расчёты и прогнозы строятся на предположении о полной однородности и изотропии.
- Описание расширения Вселенной может потребовать уточнений. Несоответствия между направленными измерениями могут означать, что расширение не происходит абсолютно одинаково во всех направлениях.
- Гравитационные эффекты крупных структур или ранее неизвестные факторы могли бы вносить влияние, не учтённое в классических моделях.
Эти вопросы напрямую связаны с другим известным разногласием в космологии — так называемой напряжённостью Хаббла (Hubble tension), то есть расхождением между скоростями расширения Вселенной, измеренными разными методами, хотя аномалия диполя затрагивает не только скорость, но и структуру распределения материи и энергии.
Что такое «космический диполь»
Понятие космического диполя первоначально относится к CMB свету — старейшему свету во Вселенной. Он очень равномерен, но при детальном измерении его температура немного отличается в противоположных направлениях на небе. Это расхождение частично объясняется движением Солнечной системы относительно фона реликтового излучения, но если такое же различие проявляется и в распределении галактик и квазаров, оно может говорить о гораздо более глубокой анизотропии космоса.
В частности, результаты показывают, что амплитуда диполя в распределении материи не совпадает с амплитудой в CMB, что противоречит предсказаниям FLRW-модели (метрика Фридмана–Леметра–Робертсона–Уокера), на которой основана ΛCDM. Именно это несоответствие называют космической дипольной аномалией.
Наблюдательные данные
Набор данных, приведший к этим выводам, получен по разным направлениям и спектрам:
- космический микроволновый фон (CMB) измерялся многими телескопами, включая спутниковые миссии;
- распределение далеких источников, таких как радио-галактики и квазары, измерялось в разных диапазонах, в том числе с помощью наземных радиотелескопов;
- изотопическая структура наблюдаемой материи показывает различия, которые не объясняются движением наблюдателя.
Совокупность данных указывает на то, что вариации наблюдаемой материи в определённых направлениях превышают ожидаемую шумовую разброс, что уже вызывает обсуждения в научном сообществе.
Возможные интерпретации
Учёные пока не пришли к единому заключению, но обсуждают несколько возможных объяснений:
- новая физика за пределами ΛCDM, возможно, с участием неизвестных свойств тёмной материи или энергии;
- комплексная структура пространства-времени, включающая топологические особенности, которые остаются скрытыми внутри текущих наблюдательных рамок;
- систематические эффекты измерений (пока исключаемые, но ещё анализируемые).
Решение этих вопросов требует более точных и глубоких наблюдений, а также новых методов анализа, включая методы машинного обучения, которые могут помочь создать обновлённый космологический модельный образ Вселенной.
Будущее исследований
В ближайшие годы планируется значительное пополнение астрономических наблюдений:
- космический телескоп Euclid (ESA) будет картографировать глубокую космическую структуру;
- SPHEREx (NASA) проведёт спектроскопические всенебесные обзоры;
- наземные обсерватории, такие как Vera C. Rubin Observatory и Square Kilometre Array, дадут ещё более подробные данные о распределении материи на больших масштабах.
Ожидается, что сочетание этих данных позволит уточнить, действительно ли наблюдаемые асимметрии являются фундаментальным свойством Вселенной или отражением ограничений текущей методологии.
Что это может изменить
Если Вселенная действительно окажется асимметричной на больших масштабах, это потребует коренного пересмотра фундаментальных космологических моделей и наших представлений о происхождении, форме и развитии космоса. В нынешнем виде ΛCDM остаётся успешной моделью для многих наблюдаемых явлений, но новые данные могут подсказать, что структура и динамика Вселенной сложнее, чем считалось ранее.
Заключение
Новое исследование, анализирующее космическую дипольную аномалию, показывает, что наблюдаемая Вселенная может быть не одинаковой во всех направлениях, что ставит под вопрос одно из основных допущений современной космологии. Если эти результаты подтвердятся дальнейшими наблюдениями и анализами, это станет одной из самых значительных корректировок в понимании строения и эволюции Вселенной за последние десятилетия.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
