Реликтовое излучение против распределения галактик: обнаружена аномалия в крупномасштабной картине Вселенной

Учёные из Оксфордского университета опубликовали исследование, ставящее под сомнение один из фундаментальных принципов современной космологии — изотропность Вселенной, то есть её «симметрию». Работа посвящена анализу космической дипольной аномалии, которая выражается в несоответствии между вариациями космического микроволнового фона (CMB) и распределением далёких астрономических объектов.

Космический микроволновой фон — это реликтовое излучение, оставшееся после Большого взрыва. CMB имеет небольшие температурные колебания, известные как анизотропия. Самая крупная из этих вариаций — дипольная анизотропия, где «одна сторона неба немного горячее, а другая — холоднее». Стандартная космологическая модель (Lambda-CDM) предполагает, что вариации в CMB должны соответствовать вариациям в распределении материи во Вселенной.

В 1984 году астрономы Джордж Эллис и Джон Болдуин предложили тест, который должен проверить наличие аналогичной дипольной анизотропии в распределении далёких астрономических источников, таких как радиогалактики и квазары. Если Вселенная симметрична, то вариации в CMB и в распределении материи должны быть согласованы.

Однако, как показало новое исследование, Вселенная не проходит тест Эллиса-Болдуина. Вариации в распределении материи не соответствуют вариациям в CMB. Этот результат был подтверждён данными, полученными с помощью наземных радиотелескопов и спутников, наблюдающих в среднем инфракрасном диапазоне.

Авторы работы утверждают, что космическая дипольная аномалия представляет собой серьёзную проблему для стандартной космологической модели. Lambda-CDM — это наиболее широко принятая модель, описывающая эволюцию и структуру Вселенной. Она основана на теории общей относительности Эйнштейна и включает в себя тёмную энергию (Lambda) и холодную тёмную материю (CDM). Разрешение проблемы наблюдаемой аномалии потребует отказа не только от Lambda-CDM модели, но и от FLRW-описания, которое лежит в её основе (описание Friedmann–Lemaitre–Robertson–Walker — это математическое решение уравнений Эйнштейна, описывающее однородную и изотропную Вселенную).

Несмотря на то, что космическое сообщество в значительной степени игнорирует эту аномалию, авторы считают, что она заслуживает большего внимания. Ожидается поступление большого количества данных с новых спутников, таких как Euclid и SPHEREx, а также с телескопов имени Веры Рубин и Square Kilometre Array. Эти данные, в сочетании с симуляциями на базе машинного обучения, могут привести к созданию новой космологической модели.

В заключение авторы отмечают, что решение проблемы космической дипольной аномалии окажет большое влияние на фундаментальную физику и на космологию.

 Источник: Reviews of Modern Physics