Вселенная похожа на швейцарский сыр |
Во-первых, реликтовое излучение в разных полусферах неба оказалось своим, а это вроде бы противоречит космологическому принципу — древнему предположению о том, что каждый наблюдатель в один и тот же момент независимо от места и направления наблюдения обнаруживает во Вселенной в среднем одну и ту же картину. Кажется даже, что налицо некоторое нарушение основного положения современной космологии (для нас, земных наблюдателей). Ранние теории о том, что если мы перейдём к очень большим масштабам, превышающим примерно несколько сотен миллионов световых лет, то все неоднородности должны исчезнуть, не сработали. |
Во-вторых, плотность материи, выводимая из наблюдений «Планка» и других источников, тоже не совпадала. |
В-третьих, данные «Планка» по скорости удаления галактик (постоянная Хаббла) друг от друга дали 67,3 ± 1,2 (км/с)/Мпк. А это здорово отличается от 73,8 ± 2,4 км/c/Мпк, которые астрономы намерили при помощи наблюдений за взрывами далёких сверхновых. Заметим, что среди прочего из этой цифры вытекает, например, возраст Вселенной; это делает точное понимания значения постоянной Хаббла исключительно важным для всей космологии. Само собой, оба показателя не могут быть одновременно верны. Кто-то, должно быть, ошибся. |
На днях мы изложили две гипотезы, пытающиеся разрешить первую и третью проблемы. А теперь французские исследователи во главе с Пьером Флери (Pierre Fleury) из Парижского института астрофизики при Университете Пьера и Марии Кюри предложили теорию, которая пытается объяснить первую, вторую и третью сложности, возникшие «по вине» «Планка». |
Как отмечают французские физики, сегодня, когда мы интерпретируем взрывы сверхновых и данные «Планка», их, условно говоря, «наносят на одну карту», описывающую нашу Вселенную. Такой «картой местности» для нас служит метрика Фридмана — Леметра. Если изложить её содержание в двух словах, то предполагается, что Вселенная гомогенна и изотропна. То есть строго соответствует космологическому принципу и однородна во всех направлениях. |
Авторы считают, что нанесение обоих типов результатов на одну «карту» не имеет никакого смысла, если метрика Фридмана — Леметра слишком упрощённо представляет нам Вселенную. Что если она и впрямь не такова и, по сути, является неоднородной? Для проверки этого положения учёные использовали модель Эйнштейна — Штрауса образца 1945 года, известную как «модель швейцарского сыра» и полагающую, что Вселенная состоит из «дырок» и «сыра». В центре каждой сферической «дырки» (пустоты) находится по сгустку материи вроде галактик или их скоплений и сверхскоплений, а вокруг пустот располагается однородный «сыр» без пустот, то есть метрика Фридмана — Леметра есть, так сказать, обычное плоское пространство-время. |
Как подчёркивают французы, лучи от сверхновых имеют очень малые угловые размеры по сравнению с реликтовым излучением, идущим со всего окружающего нас неба. |
Вас, конечно, интересует, как в такой Вселенной соотносится объём пустот и самого «сыра»?.. |
...Однако, как показывают авторы, если мы на секунду предположим, что Вселенная неоднородна по вышеописанному типу, то сгустки материи в пустоте будут деформировать наше восприятие мироздания. Ведь эти сгустки вызывают неизбежное искажение световых волн — гравитационное линзирование, давно подмеченное астрономами на примере малых объектов типа звёзд или чёрных дыр, но не ожидавшееся ими в масштабе всей Вселенной в силу упомянутого космологического принципа (предположения об однородности). Узкие лучи света от сверхновых в основном идут через пустоты, бедные материей, а потому дефокусируются, ослабляются, то есть сверхновые выглядят бледнее, чем были их взрывы. В то же время реликтовое излучение проходит как через такие «пустоты», так и через регионы, насыщенные материей, то есть иногда испытывает гравитационное усиление. |
В результате корректировки по своей модели учёные получили такую ситуацию, когда плотность материи во Вселенной «по Планку» смогла совпасть с выводимой астрономами из закона Хаббла. Но даже после такого «тюнинга» постоянная Хаббла всё равно «бастует»: сверхновые по-прежнему расходятся с «Планком» в оценке скорости разбегания галактик, что означает также разный возраст Вселенной «по Планку» и другим астрономическим данным. |
Почему же хаббловская постоянная по «Планку» не совпадает с традиционной даже после корректировки наших представлений о геометрии Вселенной? Вопрос пока остаётся открытым, замечают на это исследователи. Дело может быть как в каких-то неточностях в измерениях по сверхновым (что маловероятно в силу множества таких измерений), так и в том, что наше местное окружение — пространство в районе нашей Галактики и её окрестностей — слишком бедно материей по сравнению с остальной Вселенной, что усложняет попытки определения постоянной Хаббла на «местном» материале. |
В этом аспекте французы практически повторили предположение группы немецких учёных, опубликованное чуть раньше, но появившееся независимо. |
Сама идея использования моделей, по-своему интерпретирующих наблюдения явлений на разных расстояниях, может иметь далекоидущие последствия для всей космологии и нашего представления о Вселенной. |
Наконец, некоторым уже видится конец доминирования общепризнанной метрики Фридмана — Леметра, на которой базируется восприятие окружающего нас мира. |
«Наш анализ, хотя и основанный лишь на определённом классе моделей, показывает, что метрика Фридмана — Леметра, с учётом нынешних высокоточных средств, возможно, слишком упрощённо подаёт Вселенную для некоторых типов наблюдений, — полагают физики. — В конце концов, единственной метрики может быть недостаточно, чтобы описать все космологические наблюдения, — не могли же одной картой в своих путешествиях пользоваться и лилипуты, и гиганты из Бробдингнега. Более совершенная космологическая модель может требовать «атласа карт», с разными сглаживающими масштабами, определяемыми тем, какими наблюдениями вы занимаетесь». |
Чтобы решить основной вопрос предлагаемой схемы устройства мироздания — распределение в нём пустот и их соотношение с «сыром» метрики Фридмана — Леметра, — предлагается использовать астрономические наблюдения с выявлением линзирования, которое вызывает материя в центрах космических пустот (войдов). Ну а ключевой вывод уже сделан: «Возможно, впервые стандартная метрика Фридмана — Леметра обозначила пределы своей способности к интерпретации космологических данных...» |
Тут стоит напомнить, что гипотезы типа «швейцарского сыра» уже выдвигались для объяснения феномена ускоряющегося расширения Вселенной, который, предположительно, обусловлен действием тёмной энергии. Тогда предполагалось, что если мы находимся в центре огромной пустоты «швейцарского сыра», то она содержит меньше вещества, чтобы задержать расширение, поэтому её расширение замедляется не так быстро, как в окружающих областях мироздания. Тогда взрывы сверхновых, происходящие в разных регионах (некоторые в центре пустот, другие на периферии), будут посылать свой свет к наблюдателю через разные области. Каждая из областей слегка увеличивает длину волны (красное смещение), что и видит земной астроном. Вот только свет, проходящий этот заданный путь, обладает меньшим красным смещением, чем если бы вся Вселенная была однородной. В таком случае свет сверхновой будет дезориентировать наблюдателя, заставляя его думать, что расширение Вселенной ускоряется, тогда как на самом деле это может быть совсем не так. |
До сих пор такие теории казались неправдоподобными, потому что не было точных данных о неоднородности мироздания. Теперь же выясняется, что хотя в целом космологический принцип Коперника способен соблюдаться в среднем для всей Вселенной, но в конкретных её регионах («пустотах» и «сыре») плотность материи может драматически различаться даже на большом масштабе. В общем, «после «Планка» такое объяснение, не нуждающееся в тёмной энергии, вполне может воскреснуть из мертвых. |
|
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|