|
Вселенная может быть однобокой
|
|
|
|
Мы не часто задумываемся о форме Вселенной. Мы с коллегами опубликовали новое исследование, в котором предполагается, что она может быть асимметричной или однобокой, то есть неодинаковой во всех направлениях. Стоит ли нам беспокоиться об этом? Что ж, сегодняшняя "стандартная космологическая модель", которая описывает динамику и структуру всего космоса, основывается непосредственно на предположении, что он изотропен (выглядит одинаково во всех направлениях) и однороден при усреднении в больших масштабах. Но несколько так называемых "противоречий" - или расхождений в данных — ставят под сомнение эту идею о единой Вселенной.
|
|
|
|
Мы только что опубликовали статью в журнале Reviews of Modern Physics, в которой рассматривается одно из наиболее значительных противоречий, называемое космической дипольной аномалией. Мы приходим к выводу, что космическая дипольная аномалия представляет собой серьезную проблему для наиболее общепринятого описания Вселенной - стандартной космологической модели (также называемой лямбда-CDM-моделью).
|
|
|
|
Итак, что же такое космическая дипольная аномалия и почему она представляет такую проблему для попыток дать подробный отчет о космосе?
|
|
|
|
Давайте начнем с космического микроволнового фона (CMB), который представляет собой реликтовое излучение, оставшееся после большого взрыва. CMB однороден по всему небу с точностью до одной сотенной тысячи.
|
|
|
|
|
|
|
Поэтому космологи уверенно моделируют Вселенную, используя "максимально симметричное" описание пространства-времени в общей теории относительности Эйнштейна. Такое симметричное видение Вселенной, при котором она выглядит одинаково везде и во всех направлениях, известно как "описание FLRW".
|
|
|
|
Это значительно упрощает решение уравнений Эйнштейна и является основой для лямбда-CDM-модели.
|
|
|
|
Но есть несколько важных аномалий, в том числе широко обсуждаемая, называемая напряженностью Хаббла. Она названа в честь Эдвина Хаббла, которому приписывают открытие в 1929 году того факта, что Вселенная расширяется.
|
|
|
|
Напряженность начала проявляться из-за различных наборов данных в 2000-х годах, в основном полученных с помощью космического телескопа Хаббла, а также недавних данных со спутника Gaia. Это противоречие связано с космологическими разногласиями, когда измерения скорости расширения Вселенной с первых дней ее существования не совпадают с измерениями, полученными в соседней (более поздней) Вселенной.
|
|
|
|
Космической дипольной аномалии уделялось гораздо меньше внимания, чем напряжению Хаббла, но она является еще более фундаментальной для нашего понимания космоса. Так что же это такое?
|
|
|
|
Установив, что космический микроволновый фон симметричен в больших масштабах, мы обнаружили вариации в этом реликтовом излучении, оставшемся после большого взрыва. Одно из наиболее значительных явлений называется дипольной анизотропией реликтового излучения. Это самая большая разница температур в реликтовом излучении, когда одна сторона неба горячее, а противоположная холоднее — примерно на одну тысячную часть.
|
|
|
|
Это изменение CMB не ставит под сомнение лямбда-CDM-модель Вселенной. Но мы должны найти соответствующие изменения в других астрономических данных.
|
|
|
|
В 1984 году Джордж Эллис и Джон Болдуин задались вопросом, существует ли аналогичная вариация, или "дипольная анизотропия", в распределении на небе удаленных астрономических источников, таких как радиогалактики и квазары. Источники должны быть очень удаленными, потому что близлежащие источники могут создавать ложный "кластерный диполь".
|
|
|
|
Если предположение о "симметричной вселенной" FLRW верно, то это изменение в отдаленных астрономических источниках должно быть напрямую определено наблюдаемым изменением в CMB. Это известно как тест Эллиса-Болдуина, в честь астрономов.
|
|
|
|
Соответствие между вариациями в CMB и в matter подтвердило бы стандартную лямбда-модель CDM. Discord напрямую оспорил бы ее, как, впрочем, и описание FLRW. Поскольку это очень точный тест, каталог данных, необходимый для его проведения, стал доступен только недавно.
|
|
|
|
В результате Вселенная не проходит тест Эллиса-Болдуина. Вариации в веществе не соответствуют таковым в CMB. Поскольку возможные источники ошибок совершенно различны для телескопов и спутников, а также для разных длин волн в спектре, обнадеживает тот факт, что при наблюдении с помощью наземных радиотелескопов и спутников в среднем инфракрасном диапазоне длин волн получается тот же результат.
|
|
|
|
Таким образом, космическая дипольная аномалия зарекомендовала себя как серьезная проблема для стандартной космологической модели, даже если астрономическое сообщество решило в значительной степени игнорировать ее.
|
|
|
|
Возможно, это связано с тем, что нет простого способа устранить эту проблему. Для этого необходимо отказаться не только от лямбда-модели CDM, но и от самого описания FLRW и вернуться к исходной точке.
|
|
|
|
Тем не менее, ожидается лавина данных от новых спутников, таких как Euclid и SPHEREx, и телескопов, таких как обсерватория Веры Рубин и Square Kilometer Array. Вполне возможно, что вскоре мы сможем получить новые смелые идеи о том, как построить новую космологическую модель, используя последние достижения в области искусственного интеллекта (ИИ), называемого машинным обучением.
|
|
|
|
Это оказало бы поистине огромное влияние на фундаментальную физику — и на наше понимание Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
