Пъзелът на Вселената: Живеем ли в гигантска празнота

Една от най-големите загадки в космологията е скоростта, с която Вселената се разширява. Това може да бъде предсказано с помощта на стандартния модел на космологията, известен още като Ламбда-студена тъмна материя (ΛCDM). Този модел се основава на подробни наблюдения на светлината, останала от Големия взрив - т.нар. космически микровълнов фон (CMB). Това съобщи IFL Science. 

Разширяването на Вселената кара галактиките да се отдалечават една от друга. Колкото по-далеч са от нас, толкова по-бързо се движат. Връзката между скоростта на галактиката и разстоянието се определя от "константата на “Хъбъл", която е около 70 км в секунда на мегапарсек (единица за дължина в астрономията - бел. ред.). Това означава, че една галактика набира скорост от около 50 000 мили в час на всеки милион светлинни години, на които се отдалечава от нас. 

За съжаление на стандартния модел тази стойност наскоро беше оспорена, което доведе до това, което учените наричат "напрежение на “Хъбъл", съобщава блогът. Когато измерваме скоростта на разширяване с помощта на близки галактики и свръхнови (експлодиращи звезди), тя е с 10% по-голяма, отколкото когато я предсказваме въз основа на космически микровълнов фон, предава IFL Science. 

"Блестяща и зашеметяваща колекция от галактики": Ето ги първите снимки от телескопа „Евклид“

Учените излагат хипотезата, че живеем в гигантска празнота в пространството (област с плътност под средната). Експертите смятат, че това би могло да доведе до раздуване на локалните измервания чрез изтичане на материя от празнотата. Изливите биха се появили, когато по-плътните области, заобикалящи празнотата, я разкъсат - те биха упражнили по-голямо гравитационно привличане от материята с по-ниска плътност вътре в празнотата, посочват учените в статията, публикувана в IFL Science. 

При този сценарий би трябвало да се намираме близо до центъра на празнота с радиус около милиард светлинни години и плътност с около 20% по-ниска от средната за цялата Вселена, т.е. не сме напълно “празни”, посочват изследователите. 

Такава голяма и дълбока празнота е неочаквана в стандартния модел - и затова е спорна. Космическият микровълнов фон дава моментна снимка на структурата на зараждащата се Вселена, което предполага, че днес материята би трябвало да е равномерно разпределена. Въпреки това, прякото изчисляване на броя на галактиките в различни региони наистина предполага, че се намираме в локална празнота, обясняват експертите. 

New
The void in the universe: the key to solving the Hubble problem and an alternative to dark matter
More: https://t.co/FCjksZy5WN pic.twitter.com/fWlpJmVgYG

— Black Hole (@konstructivizm) December 2, 2023

Промяна на законите на гравитацията 

“Искахме да проверим допълнително тази идея, като съпоставим различни космологични наблюдения, приемайки, че живеем в голяма празнота, която се е разраснала от малка флуктуация (случайно отклонение от средното значение на физични величини, характеризиращи система от голям брой частици - ред. бел). За да направим това проучване, нашият модел не включваше Ламбда-студена тъмна материя, а алтернативна теория, наречена Модифицирана Нютонова динамика (MOND)”, посочват учените. 

Първоначално Модифицираната Нютонова динамика обясняваше скоростта на въртене на галактиките, коментират изследователите. По думите им това е довело до предположението за невидима субстанция, наречена "тъмна материя". Вместо това MOND предполага, че аномалиите могат да бъдат обяснени с нарушаването на закона на Нютон за гравитацията, когато гравитационното привличане е много слабо - какъвто е случаят във външните области на галактиките, съобщава IFL Science. 

Цялостната история на космическото разширение в MOND би била подобна на тази в стандартния модел, но структурата (например галактическите купове) би нараствала по-бързо в MOND, посочват учените. По думите им техният модел отразява, как би могла да изглежда местната вселена в една вселена на МОНД. Те са открили, че той би позволил на местните измервания на скоростта на разширяване днес да се колебаят в зависимост от тяхното местоположение.  

Тайните на Ганимед: Ето какво крие луната на Юпитер

Неотдавнашните наблюдения на галактики позволиха нова важна проверка на нашия модел въз основа на скоростта, която той предсказва на различни места. Това може да се направи чрез измерване на нещо, наречено обемен поток, което представлява средната скорост на материята в дадена сфера, плътна или не. Тази скорост варира в зависимост от радиуса на сферата, като последните наблюдения показват, че тя продължава до един милиард светлинни години. 

Интересно е, че обемният поток на галактиките в този мащаб има четири пъти по-голяма скорост от очакваната в стандартния модел.

Изглежда също така, че тя се увеличава с размера на разглежданата област - обратно на това, което предвижда стандартният модел, заключват експертите. Вероятността това да е в съответствие със стандартния модел е под едно на милион, категорични са учените.  

Do We Live In A Giant Void? It Could Solve The Puzzle Of The Universe’s Expansionhttps://t.co/U1U0qBbhHa

— IFLScience (@IFLScience) December 3, 2023

Случаят е приключен? 

“Нашите резултати идват в момент, когато популярните решения за напрежението на “Хъбъл” са в затруднение. Някои смятат, че просто се нуждаем от по-прецизни измервания. Други смятат, че проблемът може да бъде решен, като се приеме, че високата скорост на разширяване, която измерваме локално, всъщност е правилната. Но това изисква лека промяна на историята на разширяването в ранната Вселена. За съжаление, един влиятелен преглед подчертава седем проблема с подхода на космическия микровълнов фон. Ако Вселената се е разширявала с 10% по-бързо през по-голямата част от космическата история, тя би била и с около 10% по-млада - в противоречие с възрастта на най-старите звезди”, обясняват експертите. 

Съществуването на дълбока и разширена локална празнота в броя на галактиките и наблюдаваните бързи обемни потоци силно подсказват, че структурата расте по-бързо от очакваното в Ламбда в мащаби от десетки до стотици милиони светлинни години. Масивният галактически куп “Ел Гордо” се е формирал твърде рано в космическата история и има твърде голяма маса и скорост на сблъсък, за да бъде съвместим със стандартния модел. Това е още едно доказателство, че структурата се формира твърде бавно в този модел, посочват още учените. 

"Джеймс Уеб" и “Хъбъл” заснеха космическо „коледно дърво“

Тъй като гравитацията е доминиращата сила в такива големи мащаби, най-вероятно ще трябва да разширим общата теория на относителността на Айнщайн, но само в мащаби, по-големи от един милион светлинни години, казват експертите. Можем да приемем, че Общата теория на относителността остава валидна, и да я сравним с наблюденията, но точно този подход води до много сериозни напрежения, пред които е изправен най-добрият модел на космологията, допълват те. 

Смята се, че Айнщайн е казал, че не можем да решаваме проблеми със същото мислене, което е довело до тях. Дори и необходимите промени да не са драстични, може да се окаже, че сме свидетели на първите надеждни доказателства от повече от век насам, че трябва да променим теорията си за гравитацията, коментира Индранил Баник, докторант по астрофизика в Университета на Сейнт Андрюс.