Форма Всесвіту здається чимось абстрактним і далеким від повсякденного життя. Але для космологів це фундаментальне питання, від якого залежить майже все наше уявлення про походження, будову та майбутнє космосу. Нове дослідження, опубліковане в авторитетному журналі Reviews of Modern Physics, ставить під сумнів одну з головних ідей сучасної космології: що Всесвіт є однаковим у всіх напрямках.
Чому «рівний» Всесвіт — це важливо
Сьогодні наука спирається на так звану стандартну космологічну модель, або Lambda-CDM. В її основі лежить припущення, що якщо дивитися на Всесвіт у великих масштабах, то він виглядає однаково з будь-якого боку. Цю властивість називають ізотропністю, а разом з однорідністю вона дозволяє значно спростити рівняння Ейнштейна і описати еволюцію космосу.
Ця модель добре працює в багатьох випадках, але останні десятиліття принесли кілька серйозних «напружень» — ситуацій, коли різні спостереження не узгоджуються між собою. Найвідоміше з них — напруження Габбла, тобто розбіжність у вимірюваннях швидкості розширення Всесвіту в ранню та пізню епохи.
Однак існує ще одна проблема, менш відома широкому загалу, але, за словами вчених, ще більш фундаментальна.
Космічна дипольна аномалія
Після Великого вибуху Всесвіт залишив нам «відлуння» у вигляді космічного мікрохвильового фону — слабкого випромінювання, яке надходить з усіх напрямків майже рівномірно. Саме ця рівномірність десятиліттями підкріплювала ідею симетричного Всесвіту.
Втім, у цьому фоні є невелика, але помітна різниця температур: один бік неба трохи «тепліший», інший — «холодніший». Це явище називають дипольною анізотропією. Саме по собі воно не руйнує стандартну модель, адже його можна пояснити рухом нашої галактики.
Проблеми починаються тоді, коли вчені дивляться не лише на випромінювання, а й на розподіл матерії — далеких галактик, квазарів і радіоджерел. Згідно з теорією, їхня «дипольна» нерівномірність повинна збігатися з тією, що видно у мікрохвильовому фоні. Це перевірка відома як тест Елліса—Болдвіна.
І саме тут Всесвіт, схоже, «провалює іспит».
Всесвіт, який не збігається сам із собою
Нові спостереження показують: диполь у розподілі матерії не відповідає диполю космічного мікрохвильового фону. Причому цей результат підтверджується незалежними методами — як наземними радіотелескопами, так і супутниками, що працюють в інфрачервоному діапазоні.
Це означає, що справа навряд чи в помилках вимірювань. Якщо ж аномалія реальна, то під удар потрапляє не лише стандартна модель, а й сам підхід до опису Всесвіту як симетричного та однакового всюди.
Саме тому багато науковців ставляться до цієї теми обережно: простого «латання» тут не існує. Доведеться переосмислювати базові уявлення про космос.
Що далі?
Найцікавіше — попереду. Найближчими роками почнуть надходити величезні масиви нових даних від місій Euclid і SPHEREx, а також від обсерваторій на кшталт Vera Rubin і Square Kilometre Array. Їхній обсяг і складність настільки великі, що без методів машинного навчання з ними не впоратися.
Цілком можливо, що саме ці дані допоможуть побудувати нову космологічну модель — таку, яка врахує «кривизну» або асиметрію Всесвіту. Якщо це станеться, нас чекатиме справжній переворот у фундаментальній фізиці й нове розуміння того, у якому світі ми насправді живемо.