Нові вимірювання засвідчують, що матерія в космосі може бути однорідніша, ніж припускають. Йдеться про 8 % відхилення від космологічної стандартної моделі та вимірювань фонового випромінювання. Такий показник міг би вказувати на те, що існує «нова фізика» по той бік стандартної моделі, але й, можливо, на систематичні помилки, кажуть астрономи. Наступні вимірювання мали б остаточно відповісти на це запитання.
Зображення: B. Giblin, K. Kuijken and KiDS Team/ U. Sesse.
Галактики, темна матерія, гігантські порожнини: згідно з сучасними теоріями, розподіл матерії в сучасному космосі спричинений крихітними коливаннями щільності в ранньому Всесвіті, що потім через космічне розширення посилилися та збільшилися. В якій мірі цей розподіл матерії був гомогенним, а в якій – неоднорідним, описує космологічна стандартна модель. Проте перевірити ці передбачення – непросто, і впродовж останніх років з'являється все більше суперечностей.
Проблема полягає в тому, що, як і при розширенні, показники розподілу матерії суттєво відхиляються, залежно від того, чи вимірюють їх в ранньому, чи в сучасному космосі. З одного боку, аналізують коливання щільності, що збережені в космічному фоновому випромінюванні. Серед іншого, їх вимірює космічний телескоп «Планк».
З іншого боку, відбувається вимірювання розподілу матерії в сучасному космосі, яке здійснюють з допомогою ефекту гравітаційної лінзи. Коли гравітація мас попереду викликає тонкі спотворення у світлі далеких галактик. Розмір цього космічного зміщення – зокрема в формі так званих параметрів S8 – дає змогу робити висновки про щільність та розподіл видимої й темної матерії в цьому діапазоні простору.
Проте вже кілька років ці вимірювання зміщень демонструють відхилення від показників «Планка»: темна матерія була розподілена однорідніше, ніж це би мало бути з огляду на щільність коливання фонового випромінювання.
Це відхилення підтвердили інші вимірювання. В межах проєкту Kilo-Degree астрономи з допомогою Дуже великого телескопа (Very large Telescope, VLT), що в Чилі, дослідили цей ефект зміщення на 31 мільйоні галактик. Огляд охопив 5 % екстрагалактичного неба і сягнув відстані 10 мільярдів світлових років від нас. Тобто у нього потрапили й галактики з раннього космосу.
Результат: в аспекті щільності матерії нові дані узгоджуються з даними «Планка», але не у параметрах зсуву S8, що свідчать про те, наскільки коливається щільність матерії за певної середньої щільності. Проєкт Kilo-Degree вияв S8-показник 0,766, що приблизно на 8,3 % менше, ніж дані «Планка». Тобто, згідно з цим дослідженням, матерія розподілена майже на 10 % гомогенніше, ніж передбачає стандартна модель та дані телескопа «Планк».
З цим поглиблюється відмінність у показниках, які виявили, вимірюючи фонове випромінювання. «Цього може бути багато причин, – пояснив співавтор Гендрік Гільдебрандт (Hendrik Hildebrandt) з Рурського університету в Бохумі. – Або ми чи хтось з інших дослідницьких консорціумів припустилися систематичних помилок при оцінці даних, або ж вони таки не узгоджуються зі стандартною моделлю космології».
Насправді існує альтернативна теорія, що може пояснити відхилення. В цій моделі космологічні константи Айнштайна не є сталими, а змінюються з часом. Конкретно це відбувалося б, якби сила розширення темної енергії зростала з часу раннього Всесвіту, або ж зростала її щільність.
Першу вказівку на користь цієї теорії астрономи виявили 2019 року при вимірюванні далеких квазарів. Ще зарано відкидати стандартну модель космології, сказав Гільдебрандт. Статистично, є ще 1 % ймовірності, що дані Kilo-Degree збігатимуться з даними «Планка».
Чи відхилення відкидати, чи стверджувати, стане видно впродовж наступних років. З одного боку, приблизно за два роки буде доступна фінальна карта Kilo-Degree-Survey, що охоплюватиме на 30 % більший фрагмент неба, ніж наявні сьогодні дані. Крім того, в недалекому майбутньому космічне зміщення через гравітаційну лінзу будуть аналізувати два наступні вимірювання – супутник Евклід від ЕКА та Великий синоптичний оглядовий телескоп в Чилі. «Ці обсерваторії здійснюватимуть перший огляд слабкого лінзування (Weak-Lensing-Survey) цілого неба та доповнять одна одну глибиною різкості та просторовим розширенням», – пояснили вчені проєкту Kilo-Degree.
І результати всіх трьох досліджень можуть потім продемонструвати, чи космологічна стандартна модель годиться, чи ж Всесвіт поводиться інакше, ніж стверджували Айнштайн та його наступними. «Одне – точно: ми живемо в цікавий час!» – сказав Гільдебрандт.
Nadja Podbregar
Das Universum ist homogener als gedacht
Ruhr-Universität Bochum, 3/08/2020
Зреферувала С.К.
10.08.2020