Обнаружена серьезная проблема для современной модели Вселенной

• 16.11.2023
• 91 просмотр

Изображение: Andrew Z. Colvin / phys.org

Ученые Трентского университета и Трентского института фундаментальной физики обнаружили серьезную проблему для современных представлений о расширении Вселенной. Оказалось, что с учетом влияния сверхскопления Ланиакея, в которую входит Млечный Путь, значения постоянной Хаббла, полученной различными методами, еще больше расходятся друг с другом. Согласно выводам физиков, опубликованных в виде препринта в репозитории arXiv, это может намекать на существование новой физики.

Примерно 20 лет назад астрономы выяснили, что Вселенная расширяется с ускорением. В рамках общей теории относительности и удовлетворяющей ее уравнениям космологической модели, называемой Вселенной Фридмана, для такого ускорения требуется экзотический источник, называемый сейчас темной энергией. В настоящее время общепринята космологическая модель ΛCDM, которая описывает плоскую Вселенную с темной энергией, в которой большая часть вещества представлена холодной темной материей. Эта модель успешна тем, что объясняет множество космологических наблюдений.

Тем не менее у ΛCDM есть ряд недостатков. Подтверждающие ее наблюдения опираются на так называемые стандартные свечи — объекты с одинаковой светимостью, благодаря чему можно измерить расстояние до них (например, сверхновые типа Ia в далеких галактиках). Однако вычисления этого расстояния не всегда возможно без применения самой космологической модели. Потенциальным источником искажений может служить ключевой для ΛCDM космологический принцип — предположение об однородности и изотропности (отсутствия выделенного направления в пространстве).

Хотя космологический принцип в основном подтверждается независимыми наблюдениями, существование крупномасштабных структур во Вселенной, притягивающих к себе свое окружение, ограничивает его применимость. Одной из подобных структур является сверхскопление Ланиакея диаметром более 520 миллионов световых лет, содержащее более 100 тысяч галактик. Местная группа, включая Млечный Путь, стремится к центру Ланиакеи, что неизбежно искажает космологические наблюдения.

Чтобы оценить вклад Ланиакеи в возможное искажение ΛCDM, исследователи измерили гравитационное влияние сверхскопления, учитывая его неоднородность и форму, далекую от сферической. Они выяснили, что без учета расширения Вселенной его структура хорошо описывается эллипсоидом, сжимающимся по двум осям и расширяющимся вдоль третьей, самой длинной, оси. Это позволило внести поправки в светимость известных стандартных свечей в зависимости от угла зрения.

Оказалось, что это приводит к переоценке расстояний на 2-3 процента, но в худшую для космологов сторону. Ученые ожидали, что учет влияния Ланиакеи приблизит вычисленное по стандартным свечам значение постоянной Хаббла к значению, вычисленному на основе наблюдения за реликтовым излучением. Это расхождение считается одной из основных проблем космологии и известно под названием напряжение Хаббла. Однако новый результат лишь усиливает это напряжение, что указывает на потенциальное существование новой космологической физики.

Тем не менее ученые предупреждают, что отрицательное влияние Ланиакеи на напряжение Хаббла может иметь менее экзотическое объяснение. Крупные пустоты снаружи сверхскопления, если они существуют, способны повлиять на выводы ученых, и учет их вклада может свести напряжение Хаббла к нулю. Это должно мотивировать астрономов на лучшее картирование локальной Вселенной.