О форме Вселенной мы нечасто задумываемся. Мои коллеги и я опубликовали новое исследование, в котором предполагается, что она может быть асимметричной или асимметричной, то есть не одинаковой во всех направлениях.
Стоит ли нам об этом беспокоиться? Сегодняшняя «стандартная космологическая модель», описывающая динамику и структуру всего космоса , основывается исключительно на предположении, что он изотропен (выглядит одинаково во всех направлениях) и однороден при усреднении в больших масштабах.
Однако ряд так называемых «противоречий» — или расхождений в данных — ставят под сомнение эту идею единой Вселенной.
В журнале Reviews of Modern Physics мы только что опубликовали статью, посвященную одному из наиболее значительных противоречий в этой области, называемому космической дипольной аномалией. Мы пришли к выводу, что космическая дипольная аномалия представляет собой серьёзную проблему для наиболее широко принятого описания Вселенной — стандартной космологической модели (также называемой моделью Lambda-CDM ).
Итак, что же такое космическая дипольная аномалия и почему она представляет собой такую проблему для попыток дать подробное описание космоса?
Начнём с космического микроволнового фона (КМБ) , который является реликтовым излучением, оставшимся после Большого взрыва. КМБ однороден по всему небу с точностью до одной части на сто тысяч.
Поэтому космологи уверены в возможности моделирования Вселенной с использованием «максимально симметричного» описания пространства-времени в теории общей относительности Эйнштейна. Это симметричное видение Вселенной, при котором она выглядит одинаково повсюду и во всех направлениях, известно как «описание ФЛРВ».
Это значительно упрощает решение уравнений Эйнштейна и лежит в основе модели Lambda-CDM.
Однако существует несколько важных аномалий, в том числе широко обсуждаемая, называемая хаббловским напряжением. Она названа в честь Эдвина Хаббла, которому приписывают открытие в 1929 году расширения Вселенной.
В 2000-х годах разногласия начали возникать на основе различных наборов данных, главным образом полученных с помощью космического телескопа «Хаббл», а также недавних данных со спутника «Гайя». Это разногласие представляет собой космологическое несоответствие , когда измерения скорости расширения Вселенной в её ранние дни не совпадают с измерениями из близлежащей (более молодой) Вселенной.
Космической дипольной аномалии уделялось гораздо меньше внимания, чем напряженности Хаббла, но она ещё более фундаментальна для нашего понимания космоса. Так что же это такое?
Установив, что космическое микроволновое фоновое излучение симметрично в больших масштабах, были обнаружены вариации этого реликтового излучения от Большого взрыва. Одна из наиболее значительных называется дипольной анизотропией КМБ. Это наибольшая разница температур в КМБ, при которой одна сторона неба горячее, а противоположная — холоднее, примерно на одну тысячную.
Это изменение в реликтовом излучении не ставит под сомнение модель Вселенной Lambda-CDM. Однако мы должны обнаружить соответствующие изменения в других астрономических данных.
В 1984 году Джордж Эллис и Джон Болдуин задались вопросом, существует ли подобная вариация, или «дипольная анизотропия», в распределении на небе далёких астрономических источников, таких как радиогалактики и квазары. Источники должны быть очень далекими, поскольку близлежащие источники могут создавать ложный «кластерный диполь».
Если предположение ФЛРВ о «симметричной Вселенной» верно, то это изменение в удалённых астрономических источниках должно напрямую определяться наблюдаемым изменением реликтового излучения. Это известно как тест Эллиса-Болдуина , названный так в честь астрономов.
Согласованность вариаций в реликтовом излучении и в веществе подтвердила бы стандартную модель лямбда-ЦДМ. Разногласия же поставили бы её под сомнение, как и описание ФЛРВ. Поскольку это очень точный тест, каталог данных, необходимый для его проведения, стал доступен лишь недавно.
В результате Вселенная не проходит тест Эллиса-Болдуина. Изменение количества материи не соответствует изменению в реликтовом излучении. Поскольку возможные источники ошибок значительно различаются для телескопов и спутников, а также для разных длин волн в спектре, обнадеживает тот факт, что тот же результат получается с помощью наземных радиотелескопов и спутников, наблюдающих в среднеинфракрасном диапазоне.
Таким образом, космическая дипольная аномалия стала серьёзным вызовом для стандартной космологической модели, даже несмотря на то, что астрономическое сообщество в значительной степени предпочло её игнорировать.
Возможно, это связано с тем, что нет простого способа решить эту проблему. Для этого требуется отказаться не только от модели Lambda-CDM, но и от самого описания FLRW и начать все сначала.
Тем не менее, ожидается лавина данных от новых спутников, таких как Euclid и SPHEREx, и телескопов, таких как обсерватория Веры Рубин и Square Array. Вполне возможно, что вскоре мы получим новые смелые идеи о том, как построить новую космологическую модель , используя последние достижения в области искусственного интеллекта (ИИ), называемого машинным обучением.
Это окажет поистине огромное влияние на фундаментальную физику и на наше понимание Вселенной.
Мастер пера, обрабатывает новостную ленту.
