Дослідження понад 25 мільйонів галактик виявило дивну суперечність у тому, як астрономи вимірюють складність Всесвіту, і це може загрожувати стандартній моделі космології, яка описує, як формувався та еволюціонував Всесвіт.
Розбіжність, виявлена шляхом вимірювання викривлення світла потужними гравітаційними полями далеких галактик, свідчить про те, що космос менш скупчений, ніж передбачалося раніше.
Якщо вимірювання буде точним, воно приєднається до напруги Хаббла як ще один серйозний виклик нашим упередженням про те, як розвивався космос — такий, що може поступитися місцем новій фізиці або навіть зовсім іншій моделі Всесвіту. Дослідники опублікували свої висновки в журналі Physical Review D.
«Ми все ще досить обережні», — сказав у заяві Майкл Штраус, голова кафедри астрофізичних наук Прінстонського університету та один із керівників групи, яка зробила відкриття. «Ми не кажемо, що ми щойно виявили, що сучасна космологія помилкова. Статистика показує, що існує лише один із 20 шансів, що це просто випадковість, яка є переконливою, але не остаточною. Але оскільки ми і Астрономічна спільнота прийшла до такого ж висновку в ході багатьох експериментів, оскільки ми продовжуємо робити ці вимірювання, можливо, ми знаходимо, що це реально».
Відповідно до стандартної моделі космології, після Великого вибуху молодий космос був киплячим плазмовим бульйоном, який почав швидко розширюватися завдяки невидимій силі, відомій як темна енергія. У міру того, як Всесвіт зростав, звичайна матерія, яка взаємодіє зі світлом, застигала навколо згустків невидимої темної матерії, створюючи перші галактики, з’єднані великою космічною мережею. Сьогодні космологи вважають, що звичайна матерія, темна матерія та темна енергія складають приблизно 5%, 25% та 70% Всесвіту відповідно.
Проте проблеми з цією картиною зростають. Щоб перевірити свої моделі, астрономи часто порівнюють минулий і теперішній Всесвіт. Їх минулі вимірювання взяті з космічного мікрохвильового фону (CMB), статичного шипіння першого світла у Всесвіті, яке залишило своє джерело (рекомбінація атомів) через 380 000 років після Великого вибуху.
Проте постійна Хаббла — значення, яке відстежує швидкість розширення Всесвіту — передбачена CMB, не узгоджується з розрахунками, отриманими від небесних об’єктів у сучасному космосі. Ця невідповідність призвела до кризи в космології, відомої як напруга Хаббла.
Нова розбіжність щодо кускуватості Всесвіту зосереджено навколо числа під назвою S8, яке вимірює, скільки матерії кластеризується або злипається разом у Всесвіті. Після використання супутника Planck для вивчення космічного мікрохвильового фону (CMB), астрономи раніше підключили дані до стандартної моделі космології та отримали прогнозоване значення для S8 0,83.
Це суперечить новим вимірюванням S8 за допомогою японського телескопа Subaru, який вивчав, скільки світла спотворюється присутністю матерії в галактиках. Дослідники взяли його результати та дали менше значення для S8 0,77. Новий результат був відтворений двома іншими співпрацями, які картографували матерію Всесвіту за допомогою гравітаційного лінзування — Dark Energy Survey і Kilo-Degree Survey — що робить окремий аномальний результат малоймовірним.
«Ми підтверджуємо, що в суспільстві зростає думка про те, що існує реальна розбіжність між вимірюванням згустків у ранньому Всесвіті (виміряним за CMB) і результатами ери галактик, «лише» 9 мільярдів років тому», — сказав Арун Каннаваді, науковий співробітник Прінстонського університету, який брав участь в аналізі.
Хоча проблема вказує на ще одну велику діру в нашому розумінні Всесвіту, космологи поки що не мають чудових способів її заповнити. Цілком можливо, що космологи помиляються щодо кількості темної матерії у Всесвіті або того, як вона збирається разом. Можливо, темна енергія змінювалася протягом життя Всесвіту — пояснення, яке дозволило б усунути напругу між S8 і Хабблом за допомогою корекції стандартної моделі космології.
Або, що найцікавіше, це може означати, що стандартна модель зламана та потребує повної заміни. Щоб вчені знали напевно, вони зроблять більш точні вимірювання за допомогою ще потужніших телескопів. Двома такими претендентами є обсерваторія Віри С. Рубін у Чилі та римський космічний телескоп імені Ненсі Грейс, які мають запрацювати у 2025 та 2027 роках відповідно.