Наша Вселенная кажется однобокой, и это может полностью разрушить космологию

Мы не часто думаем о форме Вселенной. Но мы с коллегами опубликовали новое исследование, которое предполагает, что оно может быть асимметричным или однобоким, то есть не одинаковым во всех направлениях.

Должно ли нас это волновать? Что ж, сегодняшняя «стандартная космологическая модель», которая описывает динамику и структуру всего космоса, основана на предположении, что он изотропен (выглядит одинаково во всех направлениях) и однороден при усреднении в больших масштабах.

Но несколько так называемых «напряжений» – или разногласий в данных – бросают вызов этой идее однородной Вселенной.

По теме: Центра нашей Вселенной не существует. Физик объясняет, почему.

Мы только что опубликовали статью, в которой рассматривается одно из наиболее значительных из этих противоречий, называемое космической дипольной аномалией. Мы приходим к выводу, что космическая дипольная аномалия представляет собой серьезный вызов наиболее широко распространенному описанию Вселенной, стандартной космологической модели (также называемой моделью Lambda-CDM).

Так что же такое космическая дипольная аномалия и почему она представляет собой такую ​​проблему для попыток дать подробное описание космоса?

Давайте начнем с космического микроволнового фона (CMB), который представляет собой реликтовое излучение, оставшееся от Большого взрыва. Реликтовое излучение однородно по небу с точностью до одной стотысячной.

Поэтому космологи чувствуют себя уверенно, моделируя Вселенную, используя «максимально симметричное» описание пространства-времени в общей теории относительности Эйнштейна. Такое симметричное видение Вселенной, где она выглядит одинаково везде и во всех направлениях, известно как «описание FLRW».

Это значительно упрощает решение уравнений Эйнштейна и является основой модели Lambda-CDM.

Но существует несколько важных аномалий, в том числе широко обсуждаемая аномалия, называемая напряжением Хаббла. Он назван в честь Эдвина Хаббла, которому приписывают открытие в 1929 году расширения Вселенной.

Напряженность начала проявляться в различных наборах данных в 2000-х годах, в основном из космического телескопа Хаббл, а также из недавних данных со спутника Гайя. Это противоречие представляет собой космологическое разногласие, поскольку измерения скорости расширения Вселенной с первых дней ее существования не совпадают с измерениями из близлежащей (более поздней) Вселенной.

Космической дипольной аномалии уделялось гораздо меньше внимания, чем напряжению Хаббла, но она даже более фундаментальна для нашего понимания космоса.

Так что же это такое?

Установив, что космический микроволновый фон симметричен в больших масштабах, вариации в этом реликте было обнаружено излучение Большого взрыва. Одна из наиболее значимых называется дипольной анизотропией реликтового излучения. Это самая большая разница температур в реликтовом излучении, где одна сторона неба горячее, а противоположная холоднее, примерно на одну тысячную.

Этот вариант реликтового излучения не бросает вызов модели Вселенной Lambda-CDM. Но мы должны найти соответствующие изменения и в других астрономических данных.

В 1984 году Джордж Эллис и Джон Болдуин задали вопрос, существует ли подобное изменение, или «дипольная анизотропия», в распределении по небу далеких астрономических источников, таких как радиогалактики и квазары. Источники должны быть очень далекими, потому что близлежащие источники могут создать ложный «кластерный диполь».

Если предположение о FLRW о «симметричной вселенной» верно, то это изменение в далеких астрономических источниках должно напрямую определяться наблюдаемым изменением реликтового излучения. В честь астрономов это известно как тест Эллиса-Болдуина.

Согласованность между изменениями реликтового излучения и вещества поддержала бы стандартную модель Lambda-CDM. Discord напрямую оспорит это, как и описание FLRW. Поскольку это очень точный тест, каталог данных, необходимый для его проведения, стал доступен лишь недавно.

В результате Вселенная не проходит тест Эллиса-Болдуина. Изменение вещества не соответствует таковому в реликтовом излучении.

Поскольку возможные источники ошибок весьма различны для телескопов и спутников, а также для разных длин волн в спектре, обнадеживает то, что тот же результат получается с наземными радиотелескопами и спутниками, наблюдающими в средних инфракрасных длинах волн.

Таким образом, космическая дипольная аномалия зарекомендовала себя как серьезный вызов стандартной космологической модели, даже если астрономическая сообщество предпочло игнорировать это.

Это может быть связано с тем, что не существует простого способа решить эту проблему. Для этого необходимо отказаться не только от модели Lambda-CDM, но и от самого описания FLRW и вернуться к исходной точке.

Однако ожидается лавина данных от новых спутников, таких как Euclid и SPHEREx, а также телескопов, таких как обсерватория Веры Рубин и Square Kilometer Array. Вполне возможно, что вскоре мы сможем получить смелые новые идеи о том, как построить новую космологическую модель, используя последние достижения в области искусственного интеллекта (ИИ), называемого машинным обучением.

Влияние будет поистине огромным на фундаментальную физику – и на наше понимание Вселенной.

Субир Саркар, почетный профессор Оксфордского университета

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.