Наступил переломный момент в космологии: ученые находятся на грани открытия новой физики

За последние несколько лет возникли противоречия, которые потрясли космологию. Предсказания стандартной космологической модели, которая структуру и эволюцию Вселенной, расходятся с некоторыми недавними наблюдениями за космосом. Одни ученые считают, что наблюдения не совсем верные, а другие считают, что стандартную космологическую модель нужно менять. Сейчас ученые находятся на грани выяснения, какая из сторон права, пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Стандартная модель Вселенной

Стандартная космологическая модель предполагает, что Вселенная состоит из 68,3% из темной энергии, неизвестной формы энергии, которая заставляет Вселенную расширяться быстрее, на 26,8% из темной материи, неизвестной формы материи и на 4,9% из обычной материи, из которой состоит все, что мы видим вокруг.

Стандартная космологическая модель хорошо объясняет много данных наблюдений как в больших, так и в малых масштабах Вселенной. Также она объясняет реликтовое излучение, которое осталось после Большого взрыва. Но наблюдения за космосом, проведенные за последние годы, ставят под сомнение идеальность данной модели Вселенной.

Проблема скорости расширения космоса

В частности, это касается так называемой проблемы Хаббла, которая связана с постоянной Хаббла, то есть скоростью расширения Вселенной. Наблюдения за переменными звездами цефеидами в локальной Вселенной показали, что постоянная Хаббла имеет величину 73 км/с на мегапарсек. Но теоретические предсказания говорят, что она должна составлять 67,4 км/с на мегапарсек. Несколько лет назад астрономы предположили, что на самом деле наблюдения с помощью цефеид дают неверные данные.

Новые наблюдения космического телескопа Уэбб должны были разрешить проблему Хаббла, но этого не произошло. Хотя наблюдения за звездами красными гигантами показали более близкое значение постоянной Хаббла к предсказанному стандартной космологической моделью, некоторые учение в этих же данных наблюдают несоответствие.

Некоторые ученые считают, что проблема Хаббла будет решена уже в ближайшее время. Считается, что новые наблюдения с помощью телескопа Уэбб за звездами в более далекой Вселенной, а также измерение гравитационных волн (пульсации в пространстве-времени) помогут точно определить постоянную Хаббла. Таким образом ожидается, что предсказания стандартной космологической модели будут подтверждены.

С другой стороны, некоторые ученые считают, на самом деле новые наблюдения могут показать, что эта модель является неполной. Возможно, природа темной материи или то, как гравитация ведет себя в определенных масштабах, отличается от существующей теории.

Проблема гладкой Вселенной

Проблема Хаббла сейчас является не единственной проблемой в космологии. Существует также так называемая проблема S8. Стандартная космологическая модель предсказывает, что вся материя во Вселенной должна быть более сгруппированной или комковатой, примерно на 10% больше, чем видят ученые. Но Вселенная более гладкая. Одни ученые говорят, что измерения неверны, а другие считают, что нужно просто улучшить понимание галактических ветров, которые могут выталкивать часть материи, делая ее более гладкой.

С другой стороны, в этом может быть замешана темная материя. Новые наблюдения с помощью телескопа Уэбб могут показать, что ученые неправильно представляют себе природу темной материи. Может быть именно она заставляет Вселенную становится более гладкой и таким образом проблема S8 будет решена.

Проблема первых галактик

Телескоп Уэбб обнаружил и другие несоответствия со стандартной космологической моделью. Одно из них заключается в том, что самые ранние галактики кажутся намного более массивными, чем ожидалось. Согласно теории, для того, чтобы набрать такую массу им нужны миллиарды лет, а они существовали в таком виде уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Существует предположение, что на самом деле массивными являются центральные черные дыры, а не сами галактики, масса которых вычисляется по свету всех звезд.

Хотя некоторые противоречия со стандартной космологической моделью вскоре могут найти объяснение благодаря более качественными наблюдениями, пока не ясно, будут ли решены все проблемы этой модели, говорит Андреа Фонт, астрофизик из Великобритании.

На пути к новой физике

По словам ученой, возможно, нужно изменить предположения о природе темной энергии. Может быть нужно добавить больше темной энергии в космологическую модель, чтобы ускорить расширение Вселенной в ранние времена или, наоборот, в поздние времена. Может быть придется изменить понимание поведения гравитации в больших масштабах Вселенной.

Фонт считает, что наступил переломный момент в космологии и сейчас может выяснится, что наше представление о Вселенной не совсем верное. Например, возможно, придется отказаться от предположения, что Вселенная является однородной и изотропной в очень больших масштабах, то есть она выглядит одинаково во всех направлениях для всех наблюдателей.

Некоторые астрофизики вообще предлагают изменить теорию относительности Эйнштейна, чтобы согласовать все несоответствия. Некоторые квантовые физики считают, что Вселенная меняет свой вид в зависимой от того, смотрим мы на нее или нет. Это то, что происходит в квантовом мире.

По словам Фонт, все теоретические идеи сейчас создают основу проверки существования новой физики, которая может быть обнаружена уже в ближайшие годы. Новые телескопы, наряду с телескопом Уэбб, возможно, смогут найти ответы на существующие загадки Вселенной. С одной стороны, новые данные могут показать, что стандартная космологическая модель верна, но с другой стороны мы можем столкнуться с неизвестной физикой, считает Фонт.

Хотя эта новая физика может помочь разобраться с природой темной энергии и темной материи, которые сейчас являются величайшими неразгаданными загадками Вселенной.

Как уже писал Фокус, астрономы увидели кражу газа и звезд из далекой галактики. Она превращается в космическую медузу.

Также Фокус писал о том, что астрономы обнаружили на краю Млечного Пути необычное явление, связанное с очень молодыми звездами.