Современная космология основана на предположении, которое уже почти сто лет считается одним из фундаментальных. Согласно так называемому космологическому принципу, если рассматривать Вселенную в достаточно больших масштабах, материя должна быть распределена практически равномерно, без каких-либо выделенных направлений или предпочтительных областей.
Именно на этом принципе построена стандартная космологическая модель, успешно описывающая расширение Вселенной, образование химических элементов после Большого взрыва и многие другие наблюдаемые явления. Однако новое исследование, основанное на данных одного из крупнейших обзоров галактик, показывает, что реальная картина может оказаться значительно сложнее.
Учёные обнаружили признаки того, что даже на гигантских расстояниях распределение галактик сохраняет выраженную структуру, а Вселенная не становится полностью однородной, как предсказывает существующая теория. Если эти результаты подтвердятся независимыми исследованиями, космологам, возможно, придётся пересмотреть некоторые базовые представления об устройстве космоса.
Что такое космологический принцип
Космологический принцип является одним из основных допущений современной космологии.
Он утверждает, что в достаточно больших масштабах Вселенная должна выглядеть одинаково независимо от того, в каком направлении ведутся наблюдения.
Это не означает, что галактики распределены абсолютно равномерно.
На меньших расстояниях они образуют:
- скопления;
- сверхскопления;
- гигантские нити;
- пустоты между ними.
Однако считается, что если рассматривать области размером в миллиарды световых лет, все эти неоднородности должны постепенно сглаживаться.
Именно такое представление лежит в основе стандартной модели ΛCDM, которая сегодня считается наиболее успешным описанием эволюции Вселенной.
Что позволило проверить эту гипотезу
В последние годы астрономы получили возможность исследовать Вселенную с беспрецедентной точностью.
Главную роль в новой работе сыграли данные проекта DESI — Dark Energy Spectroscopic Instrument.
Этот масштабный обзор уже измерил положение и расстояния до десятков миллионов галактик.
Фактически исследователи получили одну из самых подробных трёхмерных карт наблюдаемой Вселенной.
Именно такие данные впервые позволяют проверить фундаментальные космологические предположения на действительно огромных расстояниях.
Как проводилось исследование
Авторы работы использовали статистический метод, позволяющий определить, насколько случайным является расположение галактик.
Они анализировали направление, в котором расположены пары галактик относительно друг друга.
Если космологический принцип полностью выполняется, то при переходе к очень большим масштабам эти направления должны распределяться случайным образом.
Однако результаты оказались неожиданными.
Даже на расстояниях в несколько миллиардов световых лет исследователи обнаружили устойчивые направленные структуры.
Проще говоря, галактики продолжали выстраиваться в длинные нити и гигантские стенки, а ожидаемого полного перехода к однородному распределению обнаружено не было.
Космическая паутина оказалась ещё масштабнее
Уже давно известно, что галактики образуют так называемую космическую паутину.
Она состоит из огромных нитей вещества, соединяющих между собой галактические скопления.
Между этими нитями находятся гигантские пустоты, практически лишённые галактик.
Новое исследование показывает, что подобные структуры могут сохраняться на значительно больших расстояниях, чем предполагалось существующими моделями.
Именно это и вызывает интерес специалистов.
Если крупномасштабная структура действительно не исчезает, значит, процесс формирования Вселенной может отличаться от нынешних представлений.
Сравнение с компьютерными моделями
Исследователи сопоставили реальные наблюдения с результатами компьютерных симуляций, основанных на стандартной космологической модели.
Оказалось, что искусственно смоделированные Вселенные выглядели заметно более однородными.
Направленные структуры в них были значительно слабее и исчезали быстрее.
В реальных наблюдениях картина оказалась иной.
Структуры сохранялись значительно дальше, чем ожидалось.
Это стало одним из главных выводов исследования.
Почему это важно
Современная космология объясняет множество наблюдаемых явлений.
Она успешно описывает:
- расширение Вселенной;
- реликтовое излучение;
- образование первых химических элементов;
- рост галактик;
- влияние тёмной материи;
- ускоренное расширение космоса.
Однако все эти расчёты основаны на определённых исходных предположениях.
Если одно из них окажется неполным, некоторые разделы космологии могут потребовать уточнения.
Это вовсе не означает, что существующая теория окажется полностью неверной.
Гораздо вероятнее, что её придётся дополнить новыми физическими механизмами.
Возможные объяснения
Авторы исследования рассматривают несколько вариантов.
Среди них:
- более сложные свойства тёмной материи;
- особенности действия гравитации на сверхбольших расстояниях;
- существование крупных неоднородностей, не учитываемых современной моделью;
- пока неизвестные физические процессы.
На сегодняшний день ни одно из этих объяснений нельзя считать подтверждённым.
Поэтому исследователи подчёркивают необходимость дальнейших наблюдений.
Почему выводы ещё нельзя считать окончательными
Несмотря на громкие заголовки, речь пока не идёт о пересмотре всей современной физики.
Авторы сами отмечают, что результаты необходимо проверить независимыми методами.
Наука требует воспроизводимости.
Если аналогичные закономерности будут обнаружены другими исследовательскими группами и с использованием новых наблюдений, тогда можно будет говорить о действительно серьёзном вызове существующей космологической модели.
Какие проекты помогут проверить результаты
В ближайшие годы астрономы получат ещё больше информации о распределении галактик.
Особые надежды связывают с несколькими крупными международными проектами.
Среди них:
- дальнейшие наблюдения DESI;
- европейский космический телескоп Euclid;
- новые глубокие обзоры неба;
- будущие крупные наземные обсерватории.
Эти инструменты позволят исследовать ещё большие объёмы Вселенной и значительно увеличить статистическую достоверность подобных исследований.
Как это связано с другими загадками космологии
Интересно, что работа появилась на фоне нескольких других проблем современной космологии.
В последние годы активно обсуждаются:
- расхождение в измерениях постоянной Хаббла;
- необычно быстрое формирование первых галактик;
- возможные изменения свойств тёмной энергии;
- крупномасштабные аномалии в распределении далёких объектов.
Новое исследование не объясняет эти явления напрямую, но показывает, что некоторые фундаментальные предположения современной модели действительно нуждаются в дополнительной проверке.
Новая глава в изучении Вселенной
История науки неоднократно показывала, что самые значительные открытия начинаются с проверки давно принятых представлений. Космологический принцип десятилетиями считался настолько надёжным, что редко становился объектом прямых наблюдательных испытаний. Лишь современные обзоры миллионов галактик позволили исследовать его с необходимой точностью.
Пока полученные результаты нельзя считать окончательным опровержением существующей космологической модели. Однако они ясно показывают, что Вселенная может быть устроена сложнее, чем предполагалось ранее. Если будущие наблюдения подтвердят существование гигантских структур, сохраняющихся на самых больших масштабах, космологии действительно может потребоваться серьёзное обновление, которое позволит по-новому взглянуть на происхождение, эволюцию и строение всего наблюдаемого космоса.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
