|
Радикальный пересмотр концепции Вселенной
|
|
|
|
Современная космология основывается на простом предположении: если мы рассматриваем достаточно большие масштабы, материя должна быть распределена равномерно, без предпочтительного направления внутри космоса. Это известно как космологический принцип.
|
|
|
|
Теперь, когда новые телескопы как на Земле, так и в космосе, такие как спектроскопический инструмент для изучения темной энергии (DESI) и «Евклид», предоставляют все более подробные карты Вселенной, это предположение, наконец, может быть должным образом проверено.
|
|
|
|
В нашей новой статье мы обнаружили доказательства того, что распределение галактик не становится равномерным на самых больших масштабах, которые мы можем в настоящее время исследовать. Используя данные DESI, мы обнаружили направленные закономерности, простирающиеся на расстояния в несколько миллиардов световых лет.
|
|
|
|
Если наши результаты подтвердятся, они заставят физиков переосмыслить некоторые основные представления о Вселенной, включая то, что такое темная материя и как гравитация формирует материю на самых больших масштабах.
|
|
|
|
|
|
|
Модель, которая сработала на удивление хорошо
|
|
|
|
В основе стандартной космологической модели лежит космологический принцип, который дает рецепт Вселенной: примерно 5% обычной материи, 25% темной материи и 70% темной энергии (обозначаемой греческой буквой Лямбда). Это известно как стандартная модель холодной темной материи (Лямбда-CDM).
|
|
|
|
Модель оказалась на удивление успешной. Например, она с впечатляющей точностью описывает историю расширения Вселенной, образование легких элементов после Большого взрыва и космическое микроволновое фоновое излучение — древний свет, испускаемый, когда Вселенная впервые стала прозрачной.
|
|
|
|
Однако этот успех также сделал растущее противоречие в наблюдениях более трудноигнорируемым.
|
|
|
|
Скорость космического расширения известна как постоянная Хаббла, но точные оценки нынешней скорости расширения Вселенной не всегда совпадают. Это привело к широко обсуждаемому вопросу о модели Лямбда-CDM — противоречию Хаббла.
|
|
|
|
Недавние наблюдения древних галактик телескопом Джеймса Уэбба также ставят под сомнение наше понимание раннего формирования космической структуры. Однако многие признают, что наиболее сложной загадкой является аномально большой диполь — асимметрия «в одном направлении против асимметрии в противоположных направлениях» на небе — в распределении очень далёких квазаров и радиогалактик. Это резко контрастирует с моделью Лямбда-CDM.
|
|
|
|
Наконец, в прошлом году данные DESI поставили под сомнение саму природу тёмной энергии, которая, возможно, не является постоянной, как предполагалось. Это сотрясает основы современной космологии.
|
|
Исследование крупномасштабных космических структур
|
|
|
|
DESI создаёт одну из самых подробных трёхмерных карт Вселенной, измеряя положения галактик на небе и их красные смещения, которые показывают, как далеко они находятся.
|
|
|
|
Наша работа ставит вопрос о том, действительно ли распределение материи становится гладким и беснаправленным на самых больших масштабах, которые мы можем наблюдать. Другими словами, подтверждается ли космологический принцип нашими лучшими данными?
|
|
|
|
Для проверки этого мы использовали метод, измеряющий вероятность обнаружения галактики на заданном расстоянии и вдоль определённого направления от другой галактики.
|
|
|
|
Мы рассчитали это для всех пар галактик и усреднили результат.
|
|
|
|
Если галактики распределены равномерно, то и направления пар должны быть равномерно распределены. Если галактики расположены в длинных нитях или стенках, то больше пар будут выстраиваться вдоль определенных направлений.
|
|
|
|
Применив это к галактикам DESI, мы обнаружили четкий направленный сигнал. Пары галактик были ориентированы не случайным образом, а выровнены, следуя когерентным нитям и стенкам.
|
|
|
|
Это не удивительно, если сигнал ослабевает на больших масштабах. Вместо этого, закономерности сохранялись на огромных расстояниях, простираясь до нескольких миллиардов световых лет в самых глубоких выборках.
|
|
|
|
Космическая паутина, по-видимому, не скатывалась в равномерное, беснаправленное распределение на самых больших масштабах, которые мы смогли проверить.
|
|
|
|
Даже на самых больших масштабах Вселенная кажется ближе к запутанной нити, чем к туману.
|
|
|
|
Затем мы сравнили наблюдения с моделируемыми вселенными, основанными на стандартной модели Лямбда-CDM. Разница была поразительной. В смоделированных вселенных наблюдались более слабые и мелкие направленные закономерности в распределении материи. Реальные данные DESI показали более сильные структуры, сохраняющиеся на гораздо больших расстояниях.
|
|
|
|
Наши результаты показывают, что в рамках стандартной модели не было достаточно времени для формирования структур такого размера.
|
|
|
|
Если галактики следуют общему распределению массы, включая темную материю, то закономерность в расположении галактик ставит под сомнение наше предположение о приблизительной однородности Вселенной в достаточно больших масштабах.
|
|
|
|
Одно из возможных объяснений заключается в том, что темная материя может взаимодействовать сложными, неожиданными способами, выходящими за рамки тех, которые предусмотрены простейшими моделями.
|
|
|
|
Другое объяснение состоит в том, что нам необходимо более сложное общее описание Вселенной, которое позволит крупномасштабным неоднородностям играть более значительную роль.
|
|
|
|
Или ответ может быть совершенно иным.
|
|
|
|
Наши результаты выявляют когерентные структуры, охватывающие миллиарды световых лет, гораздо большие, чем ожидалось в стандартной космологической модели. Если это подтвердится, они напрямую нарушат космологический принцип.
|
|
|
|
Это будет означать, что материя остается организованной в крупномасштабные структуры на гораздо больших расстояниях, чем считалось в настоящее время.
|
|
|
|
Следующий шаг — не спекуляции, а измерения.
|
|
|
|
Будущие данные DESI, Euclid и других обзоров будут иметь решающее значение. Если эти данные подтвердятся, космологам могут потребоваться новые модели формирования структур и пересмотренная картина Вселенной в самых больших масштабах.
|
|
|
|
Источник
|
