Розширення Всесвіту може йти за прихованою схемою

Нове дослідження припускає, що наш Всесвіт може розширюватися нерівномірно в різних напрямках – це ставить під сумнів ключовий принцип космології, відомий як Космологічний принцип. Цей принцип стверджує, що у Всесвіті немає центру чи привілейованих напрямків, особливо якщо спостерігати його на досить великих масштабах. Однак низка загадкових спостережень останніх років натякає, що космос може бути складнішим, ніж вважалося раніше. Дослідження очолював астрофізик Джеймс Адам з Університету Західного Кейпу в Південній Африці.

Припущення про розширення Всесвіту
На сьогодні Стандартна модель космології, яка описує розширення, структуру та еволюцію Всесвіту, базується на двох припущеннях: що Всесвіт є однорідним (однаковим у всіх місцях на великих масштабах) і ізотропним (однаковим у всіх напрямках). Проте останні космічні вимірювання, включаючи суперечливі оцінки швидкості розширення Всесвіту та аномалії в космічному мікрохвильовому фоні, кидають виклик припущенню ізотропності. Якщо ці результати підтвердяться, вони можуть змінити наше уявлення про структуру космосу. Адам зазначає, що натяки на анізотропію поки що не є загальновизнаними, оскільки методи їх виявлення мають певні обмеження. Необхідно зібрати додаткові дані з незалежних джерел, щоб підтвердити ці аномалії та виключити можливі помилки.

Ознаки нерівномірного розширення
Адам і його колеги запропонували новий підхід до перевірки однорідності розширення Всесвіту, використовуючи слабке гравітаційне лінзування. Цей ефект виникає, коли масивні об’єкти викривляють світло далеких галактик, спричиняючи незначні спотворення їхніх форм.

«Ми дослідили новий спосіб обмеження анізотропії, що базується на так званому слабкому гравітаційному лінзуванні», – пояснив Адам.

Дані про слабке лінзування можна розділити на дві основні складові: зрушення E-типу, що відповідає ізотропному Всесвіту, і B-типу, який має бути мінімальним на великих масштабах, якщо привілейовані напрямки відсутні. Однак одного лише виявлення B-зрушення недостатньо для підтвердження анізотропії, оскільки ці сигнали можуть бути слабкими та чутливими до похибок вимірювань. Натомість дослідники показали, що якщо анізотропне розширення справді існує, воно спричинить певну кореляцію між E- і B-зрушеннями, що неможливо в ізотропному Всесвіті. Команда використовувала комп’ютерне моделювання, щоб передбачити, як така анізотропія може відобразитися на даних місії Euclid, і дійшла висновку, що майбутні спостереження зможуть виявити ці сигнали, якщо вони справді є.

Дані з космічного телескопа Euclid
Європейська космічна агенція (ESA) запустила телескоп Euclid у 2023 році для детального картографування мільярдів галактик. Прилади Euclid спроєктовані для надзвичайно точного вимірювання космічних структур, допомагаючи вивчати темну енергію, темну матерію, а тепер і можливу анізотропію. Адам і його команда сподіваються, що після отримання даних Euclid зможуть застосувати свій метод для перевірки кореляції між E- і B-зрушеннями. Якщо результати підтвердять нерівномірне розширення, це кине серйозний виклик уявленню про відсутність привілейованих напрямків у Всесвіті.

Альтернативні моделі розширення Всесвіту
Якщо майбутні дані підтвердять, що швидкість розширення Всесвіту залежить від напрямку, вчені будуть змушені переглянути Стандартну модель космології. Ця модель успішно пояснює багато явищ, зокрема флуктуації космічного мікрохвильового фону та формування галактик протягом мільярдів років. Однак такі аномалії, як напруженість Габбла (розбіжності у вимірах швидкості розширення) або нерівномірності космічного мікрохвильового фону, можуть отримати нове пояснення, якщо ізотропія не підтвердиться. Підтверджене відхилення від ізотропії змусить науковців розглянути альтернативні теоретичні моделі або модифікувати існуючі концепції, щоб пояснити нову складність.

«Відсутність центру» не означає «симетричність»
Космологічний принцип стверджує не тільки те, що Всесвіт не має центру, але й що він повинен виглядати однаково в усіх напрямках на великих масштабах. Часто використовують аналогію з поверхнею надувної кулі: при розширенні всі точки віддаляються одна від одної рівномірно, без визначеного центру. Якщо ж спостереження підтвердять реальні анізотропії, ця аналогія потребуватиме перегляду або доповнення, щоб пояснити виявлені відмінності.

Нова глава в еволюції космосу
Адам підкреслює важливість перевірки аномалій різними методами. Навіть якщо дані Euclid виявлять ознаки анізотропії, необхідно буде виключити можливі систематичні помилки, вибіркові упередження чи технічні артефакти. Якщо ж інші дослідження, такі як Огляд спадщини простору й часу (LSST) в обсерваторії Віри Рубін, підтвердять ті самі сигнали, це стане вагомим доказом того, що ізотропія не є фундаментальним принципом.

Наразі космологічний принцип залишається наріжним каменем сучасної космології, проте, якщо нові дані підтвердять анізотропію, він може виявитися нестійким. Навіть незначне відхилення від ізотропії відкриє нову главу в розумінні еволюції космосу та фундаментальних законів, що керують долею нашого Всесвіту. Дослідження опубліковане в журналі Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.