Настав переломний момент у космології: вчені перебувають на межі відкриття нової фізики

За останні кілька років виникли протиріччя, які потрясли космологію. Передбачення стандартної космологічної моделі, яка має структуру та еволюцію Всесвіту, розходяться з деякими нещодавніми спостереженнями за космосом. Одні вчені вважають, що спостереження не зовсім вірні, а інші вважають, що стандартну космологічну модель потрібно змінювати. Зараз учені перебувають на межі з'ясування, яка зі сторін має рацію, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Стандартна модель Всесвіту

Стандартна космологічна модель припускає, що Всесвіт складається на 68,3% із темної енергії, невідомої форми енергії, яка змушує Всесвіт розширюватися швидше, на 26,8% із темної матерії, невідомої форми матерії, і на 4,9% зі звичайної матерії, з якої складається все, що ми бачимо навколо.

Стандартна космологічна модель добре пояснює багато даних спостережень як у великих, так і в малих масштабах Всесвіту. Також вона пояснює реліктове випромінювання, яке залишилося після Великого вибуху. Але спостереження за космосом, проведені за останні роки, ставлять під сумнів ідеальність цієї моделі Всесвіту.

Проблема швидкості розширення космосу

Зокрема, це стосується так званої проблеми Габбла, яка пов'язана з постійною Габбла, тобто швидкістю розширення Всесвіту. Спостереження за змінними зірками цефеїдами в локальному Всесвіті показали, що постійна Габбла має величину 73 км/с на мегапарсек. Але теоретичні передбачення говорять, що вона має становити 67,4 км/с на мегапарсек. Кілька років тому астрономи припустили, що насправді спостереження за допомогою цефеїд дають невірні дані.

Нові спостереження космічного телескопа Вебб мали вирішити проблему Габбла, але цього не сталося. Хоча спостереження за зірками червоними гігантами показали ближче значення сталої Габбла до передбачуваного стандартною космологічною моделлю, деякі вчені в цих же даних спостерігають невідповідність.

Деякі вчені вважають, що проблема Габбла буде вирішена вже найближчим часом. Вважається, що нові спостереження за допомогою телескопа Вебб за зірками в більш далекому Всесвіті, а також вимірювання гравітаційних хвиль (пульсації в просторі-часі) допоможуть точно визначити сталу Габбла. Таким чином очікується, що передбачення стандартної космологічної моделі будуть підтверджені.

З іншого боку, деякі вчені вважають, насправді нові спостереження можуть показати, що ця модель є неповною. Можливо, природа темної матерії або те, як гравітація поводиться в певних масштабах, відрізняється від наявної теорії.

Проблема гладкого Всесвіту

Проблема Габбла зараз є не єдиною проблемою в космології. Існує також так звана проблема S8. Стандартна космологічна модель передбачає, що вся матерія у Всесвіті має бути більш згрупованою або грудкуватою, приблизно на 10% більшою, ніж бачать учені. Але Всесвіт більш гладкий. Одні вчені кажуть, що вимірювання неправильні, а інші вважають, що потрібно просто поліпшити розуміння галактичних вітрів, які можуть виштовхувати частину матерії, роблячи її більш гладкою.

З іншого боку, в цьому може бути замішана темна матерія. Нові спостереження за допомогою телескопа Вебб можуть показати, що вчені неправильно уявляють собі природу темної матерії. Можливо, саме вона змушує Всесвіт ставати більш гладким, і таким чином проблема S8 буде вирішена.

Проблема перших галактик

Телескоп Вебб виявив й інші невідповідності зі стандартною космологічною моделлю. Одна з них полягає в тому, що найбільш ранні галактики здаються набагато масивнішими, ніж очікувалося. Згідно з теорією, для того, щоб набрати таку масу їм потрібні мільярди років, а вони існували в такому вигляді вже через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху. Існує припущення, що насправді масивними є центральні чорні діри, а не самі галактики, маса яких обчислюється за світлом усіх зірок.

Хоча деякі протиріччя зі стандартною космологічною моделлю незабаром можуть знайти пояснення завдяки якіснішим спостереженням, поки що не зрозуміло, чи будуть розв'язані всі проблеми цієї моделі, каже Андреа Фонт, астрофізик із Великої Британії.

На шляху до нової фізики

За словами вченої, можливо, потрібно змінити припущення про природу темної енергії. Можливо, потрібно додати більше темної енергії в космологічну модель, щоб прискорити розширення Всесвіту в ранні часи або, навпаки, в пізні часи. Можливо, доведеться змінити розуміння поведінки гравітації у великих масштабах Всесвіту.

Фонт вважає, що настав переломний момент у космології і зараз може з'ясуватися, що наше уявлення про Всесвіт не зовсім правильне. Наприклад, можливо, доведеться відмовитися від припущення, що Всесвіт є однорідним та ізотропним у дуже великих масштабах, тобто він має однаковий вигляд у всіх напрямках для всіх спостерігачів.

Деякі астрофізики взагалі пропонують змінити теорію відносності Ейнштейна, щоб узгодити всі невідповідності. Деякі квантові фізики вважають, що Всесвіт змінює свій вигляд залежно від того, дивимося ми на нього чи ні. Це те, що відбувається у квантовому світі.

За словами Фонт, усі теоретичні ідеї зараз створюють основу для перевірки існування нової фізики, яка може бути виявлена вже найближчими роками. Нові телескопи, поряд із телескопом Вебб, можливо, зможуть знайти відповіді на наявні загадки Всесвіту. З одного боку, нові дані можуть показати, що стандартна космологічна модель правильна, але з іншого боку ми можемо зіткнутися з невідомою фізикою, вважає Фонт.

Хоча ця нова фізика може допомогти розібратися з природою темної енергії і темної матерії, які зараз є найбільшими нерозгаданими загадками Всесвіту.

Як уже писав Фокус, астрономи побачили крадіжку газу і зірок з далекої галактики. Вона перетворюється на космічну медузу.

Також Фокус писав про те, що астрономи виявили на краю Чумацького Шляху незвичайне явище, пов'язане з дуже молодими зірками.