Всесвіт не однорідний – чому це має значення – що виявили дослідники

Можливо, за межами стандартної теорії існує інша фізика.

Дослідники розробили новий підхід для перевірки одного з основних припущень сучасної космології — про те, що Всесвіт веде себе однаково на великих масштабах. Застосувавши цей метод до реальних спостережень, вчені виявили ознаки того, що це припущення може бути не зовсім точним, що потенційно вказує на нову фізику за межами стандартної космологічної моделі, повідомляє Live Science.

Щоб перевірити, чи дійсно Всесвіт відповідає майже столітній математичній моделі, відомій як космологія Фрідмана-Леметра-Робертсона-Уокера (ФЛРУ), дослідники спостерігали за віддаленими вибухами зірок і аналізували великомасштабні огляди галактик. Результати показали незначні, але цікаві відхилення від прогнозів стандартної моделі.

“Ми виявили несподіване порушення тесту на узгодженість кривизни ФЛРУ, що свідчить про можливість існування нової фізики за межами стандартної моделі. Це може бути пов’язано з різними ефектами, але для з’ясування причин порушення тесту ФЛРУ, яке ми спостерігаємо, потрібні додаткові дослідження”, — зазначила співавторка дослідження Аста Гейнесен, фізик з Інституту Нільса Бора в Копенгагені та Університету королеви Марії в Лондоні.

Сучасна космологія базується на припущенні, що при розгляді на достатньо великих масштабах Всесвіт є однорідним та ізотропним — тобто матерія розподілена рівномірно, і космос виглядає приблизно однаково в усіх напрямках. Ця концепція є основою космології ФЛРУ, яка формує базу стандартної моделі космології, відомої як лямбда-холодна темна матерія.

Проте реальний Всесвіт складається з складної космічної мережі галактик, їхніх скупчень і величезних порожніх зон, відомих як порожнечі. За словами Хайнесен, ця складність свідчить про те, що опис ФЛРУ не завжди може бути ідеальним.

“Космологія ФЛРУ передбачає простір-час, у якому простори максимально симетричні. Необхідно вийти за межі простору-часу ФЛРУ, коли присутні космологічні структури, такі як скупчення галактик і порожнечі”, — зазначила Хайнесен.

Дослідники зосередилися на двох можливих ефектах, які можуть спотворити видиму геометрію Всесвіту. Перший — це ефект Дайєра-Редера, який виникає через те, що світло від далеких об’єктів часто проходить переважно через порожні області простору, а не через матеріально насичені середовища. Це може призвести до недооцінки щільності матерії Всесвіту, “що змусить Всесвіт здаватися більш порожнім, ніж він є насправді”, — пояснила Хайнесен.

Друга можливість пов’язана з ефектом, відомим як космологічна зворотна реакція. У цьому випадку зростання великомасштабних космічних структур змінює середнє розширення самого простору.

Вчені провели моделювання, яке показало невеликі, але потенційно важливі відхилення від прогнозів стандартної космологічної моделі ФЛРУ. В залежності від набору даних і методу аналізу, розбіжність досягала статистичної значущості приблизно в 2-4 сигма. У фізиці сигма вимірює ймовірність того, що результат виникне випадково; для оголошення про відкриття зазвичай потрібен результат у 5 сигма, тому результати нового дослідження залишаються попередніми. Проте вони вказують на те, що на геометрію або розширення Всесвіту може впливати щось несподіване.

Раніше вчені повідомляли, що “маленькі червоні точки”, які виявив телескоп “Джеймс Вебб”, можуть бути представниками першого покоління зірок у Всесвіті, а не чорними дірами, як вважалося раніше. Це ставить під сумнів існуючі теорії.