Противоречит стандартной модели космологии: ученые выяснили, что Вселенная неоднородна

Ученые разработали новый метод проверки одного из центральных предположений современной космологии — о том, что Вселенная ведет себя единообразно на самых больших масштабах. Применив его к реальным наблюдениям, исследователи выяснили, что признаки того, что предположение может быть не полностью верным, потенциально указывая на новую физику за пределами стандартной космологической модели, сообщает Live Science.

Чтобы проверить, действительно ли Вселенная следует почти столетней математической модели, известной как космология Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера (ФЛРУ), ученые наблюдали за далекими взрывами звезд и изучали крупномасштабные обзоры галактик. Анализ выявил незначительные, но интригующие отклонения от предсказаний стандартной модели.

«Мы обнаружили неожиданное нарушение теста на согласованность кривизны ФЛРУ, указывающее на существование новой физики за пределами стандартной модели. Это потенциально может быть связано с различными эффектами, но для выяснения причины нарушения теста ФЛРУ, которое мы наблюдаем эмпирически, необходимы дополнительные исследования», — заявила соавтор исследования Аста Хейнесен, физик из Института Нильса Бора в Копенгагене и Университета королевы Марии в Лондоне.

Современная космология основана на предположении, что при рассмотрении в достаточно больших масштабах Вселенная однородна и изотропна — то есть материя распределена равномерно, и космос выглядит примерно одинаково во всех направлениях. Эта идея лежит в основе космологии ФЛРУ, которая составляет основу стандартной модели космологии, известной как лямбда-холодная темная материя.

Но реальная Вселенная содержит запутанную космическую сеть галактик, их скоплений и огромных пустых областей, известных как пустоты. По словам Хайнесен, эта сложность означает, что описание ФЛРУ не всегда может быть идеальным.

«Космология ФЛРУ предполагает пространство-время, в котором пространства максимально симметричны. Необходимо выйти за рамки пространства-времени ФЛРУ, когда присутствуют космологические структуры, такие как скопления галактик и пустоты», — сказала Хайнесен.

Исследователи сосредоточились на двух возможных эффектах, которые могут исказить видимую геометрию Вселенной. Первый — это эффект Дайера-Редера, который возникает из-за того, что свет от далеких объектов часто распространяется в основном через пустые области пространства, а не через богатые материей среды. Это может привести к упущению значительной части плотности материи Вселенной, «что заставит Вселенную казаться нам более пустой, чем она есть на самом деле», — объяснила Хайнезен.

Вторая возможность связана с эффектом, называемым космологической обратной реакцией. В этом сценарии рост крупномасштабных космических структур изменяет среднее расширение самого пространства.

Ученые провели моделирование, которое показало, небольшие, но потенциально важные отклонения от предсказаний стандартной космологической модели ФЛРУ. В зависимости от набора данных и метода анализа, расхождение достигало статистической значимости примерно в 2–4 сигма. В физике сигма измеряет вероятность того, что результат возникнет чисто случайно; для заявления об открытии обычно требуется результат в 5 сигма, поэтому результаты нового исследования остаются предварительным. Тем не менее, они предполагают, что на геометрию или расширение Вселенной может влиять нечто неожиданное.

Ранее ученые заявили о том, что «маленькие красные точки», которые нашел телескоп «Джеймс Уэбб», могут оказаться представителями первого, короткоживущего поколения звезд во Вселенной, а не черными дырами, как считалось до этого. А это бросает вызов существующим теориям.