Переосмысление космологии: расширение Вселенной может быть не равномерным

В течение десятилетий астрономы предполагали, что Вселенная расширяется с одинаковой скоростью во всех направлениях. Новое исследование предлагает, что эта ключевая предпосылка космологии может быть ошибочной.

Об этом рассказывается в пресс-релизе Европейского космического агентства (ЕКА).

Костянтинос Мигкас, доктор наук по астрономии и астрофизике Боннского университета, Германия и его руководитель Томас Рейприх в первую очередь намеревались верифицировать новый метод, который позволит астрономам проверить так называемую гипотезу изотропии. Согласно этому предположению, Вселенная, несмотря на некоторые локальные различия, имеет одинаковые свойства в каждом направлении в большом масштабе.

Широко признанная как следствие устойчивой фундаментальной физики, гипотеза была подкреплена наблюдениями за космическим микроволновым фоном (КМФ). Прямой остаток Большого Взрыва, КМФ отражает состояние Вселенной в таком виде, каким он был в зачаточном состоянии, всего лишь в возрасте 380 тысяч лет. Равномерное распределение КМФ в небе свидетельствует о том, что в те первые дни Вселенная должна была быстро и с одинаковой скоростью расширяться во всех направлениях.

Однако, в сегодняшней Вселенной это может больше не быть правдой.

«Вместе с коллегами из Боннского и Гарвардского университетов мы рассматривали поведение более 800 галактических кластеров в современной Вселенной», - говорит Константинос. «Если бы гипотеза изотропии была правильной, свойства кластеров были бы однородными по всему небу. Но на самом деле мы увидели существенные различия».

Астрономы использовали рентгеновское измерения температуры очень горячего газа, пронизывающего кластеры, и сравнивали данные с тем, насколько ярко кластеры появляются на небе. Кластеры одинаковой температуры и расположенные на одинаковом расстоянии должны выглядеть одинаково ярко. Но это не то, что наблюдали астрономы.

«Мы видели, что кластеры с одинаковыми свойствами, с похожей температурой оказались менее яркими, чем мы ожидали бы в одном направлении неба, и ярче, чем ожидалось в другом направлении», - говорит Томас. «Разница была достаточно существенной, около 30 процентов. Эти различия не являются случайными, но имеют четкую закономерность в зависимости от направления, в котором мы делали наблюдения в небе».

Прежде чем бросить вызов общепринятой космологической модели, котораядает основания для оценки кластерных расстояний, Костянтинос и его коллеги сначала рассмотрели другие возможные объяснения. Возможно, там могли быть незамеченными газовые или пылевые облака, которые затмевают вид и делают кластеры в определенной области более тусклыми. Однако, данные не поддерживают этот сценарий.

В некоторых регионах космоса на распределение кластеров могут влиять объемные потоки, крупномасштабные движения материи, вызванные гравитационным притяжением чрезвычайно массивных структур, таких как большие группы кластеров. Однако, эта гипотеза также кажется маловероятной. Константинос добавляет, что результаты застали команду врасплох.

«Если Вселенная действительно анизотропна, даже если только последние несколько миллиардов лет, это означало бы огромный сдвиг парадигмы, поскольку должно быть учтено направление каждого объекта, когда мы анализируем их свойства», - говорит он. «Например, сегодня мы оцениваем расстояние очень удаленных объектов во Вселенной, применяя набор космологических параметров и уравнений. Мы считаем, что эти параметры везде одинаковы. Но если наши выводы верны, то это было бы не так, и нам бы пришлось пересмотреть все наши предварительные выводы».

«Это очень интересный результат», - комментирует Норберт Шартель, ученый проекта XMM-Newton в ЕКА. «Предыдущие исследования предполагали, что нынешний Вселенная возможно не расширяется равномерно во всех направлениях, но этот результат - первый раз, когда такое испытание проводилось на галактических кластерах в рентгеновских лучах - имеет гораздо большую значимость, а также проявляет большой потенциал для будущих исследований.»

Ученые предполагают, что этот, возможно, неравномерное эффект на космическое расширение может быть вызван темной энергией, таинственной составляющей космоса, на которую приходится большинство - около 69% - его общей энергии. О темной энергии сегодня известно очень мало, за исключением того, что она, по-видимому, ускорила расширение Вселенной за последние несколько миллиардов лет.

Будущий телескоп ЕКА «Евклид», предназначенный для получения изображений миллиардов галактик и тщательного изучения расширение космоса, его ускорения и природы темной энергии, может помочь разгадать эту тайну в будущем.

«Результаты действительно интересные, но выборка, включенная в исследование, все еще сравнительно мала, чтобы сделать такие глубокие выводы», - говорит Рене Лаурейс, ученый проекта «Евклид» в ЕКА. «Это лучшее, что можно сделать с имеющимися данными, но если бы мы действительно переосмысливали общепринятую космологическую модель, нам бы понадобилось больше данных».

И «Евклид» мог бы сделать это. Космический аппарат, который будет запущен в 2022 году, может обнаружить не только доказательства того, что темная энергия действительно растягивает Вселенную неравномерно в разных направлениях, он также даст возможность ученым собрать больше данных о свойствах большого количества кластеров галактик, что может поддержать или опровергнуть текущие выводы.

Дальнейшие данные также вскоре должны поступить от рентгеновского инструмента eROSITA, сделанного Институтом внеземной физики Макса Планка. Прибор, установленный на борту недавно запущенного немецко-российского спутника Spektr-RG, проведет первый обзор всего неба с помощью рентгеновских лучей средней энергии, сосредоточив внимание на выявлении десятков тысяч ранее неизвестных скоплений галактик и активных галактических центров.

Это исследование было опубликовано в журнале «Astronomy & Astrophysics».

* На фото: Карта, показывающая скорость расширения Вселенной в разных направлениях по небу на основе данных рентгеновских обсерваторий XMM-Ньютон ЕКА, Чандра НАСА и управляемой Германией ROSAT. & ©; K. Migkas et al.

Читайте еще интересные новости о космосе.