На прага на новата физика: данни за Вселената излизат извън рамките на теорията на относителността на Айнщайн

Учените представиха частични резултати за 6-месечен период от наблюденията на космоса с помощта на германския рентгенов космически телескоп eROSITA. Данни от проведените наблюдения може би ще помогнат за решаване на космологичната криза, тоест на някои несъответствия в досегашния стандартен космологичен модел.

Новият космически каталог eRASS1

На 31 януари астрономи представиха каталога eRASS1 (eROSITA All-Sky Survey Catalogue), който се базира на събраните данни от германския рентгенов космически телескоп eROSITA и в момента представлява най-големия каталог на най-мощните източници на енергия във Вселената, такива като взривяващи се масивни звезди и активни галактически ядра, които захранват черните дупки. В него са представени и най-големите известни структури във Вселената – нишките от космическата паяжина от горещ газ, които свързват галактиките в галактическите клъстери.

Рентгеновият космически телескоп eROSITA, който е създаден от германски учени, започна своята работа през 2019 г. и сега астрономите публикуваха първите резултати от наблюдението на Вселената в рентгеновия спектър. Каталогът eRASS1 включва резултатите от наблюденията, извършени от декември 2019 г. до юни 2020 г. През този период космическият телескоп е открил приблизително 170 милиона отделни частици рентгенова светлина или фотони, а също така близо 1 милион високоенергийни източници, включително повече от 700 000 свръхмасивни черни дупки.

Изследването на тези частици е довело до откриването на 900 000 рентгенови източника, от които 700 000 захранват свръхмасивни черни дупки, които създават ярки квазари в активните галактически ядра. Светлината на квазарите е толкова силна, че често блокира светлината на всички звезди в родната галактика.

Само за първите шест месеца на работа се оказало, че eROSITA е открил повече високоенергийни рентгенови източници, отколкото са били открити за 60 години насам. Резултатите от наблюдението на Вселената с помощта на този мощен рентгенов телескоп ще помогнат да се отговори на някои от най-важните въпроси в космологията. Например, как се е развила Вселената и защо тъканта на пространството се разширява с ускорение?

Освен това резултатите от наблюденията показват, че телескопът е открил повече от 1000 суперкупове от галактики, две квазипериодично изригващи черни дупки и е определил ефекта на излъчването на рентгенови лъчи от звездите върху задържането на вода и атмосфера на планетите, обикалящи около тях.

Каталогът eRASS1 включва също така 180 000 звезди, излъчващи рентгеново лъчение в Млечния път, 12 000 галактически купа и дори екзотични класове източници на рентгеново излъчване като двойни звезди, остатъци от свръхнови, пулсари и други космически обекти.

Публикуването на тези данни също е впечатляващо с това, че разкрива точните места, от които идват отделните частици на рентгеновото излъчване, както и времето на пристигане и енергията на тези фотони.

Учените се надяват, че новите анализи на данните, получени от космическия телескоп eROSITA, ще помогнат за решаването на дългогодишния проблем с „бучките“ или разнородността на материя във Вселената. Новите данни сочат още, че учените са на прага на откритие, което може да проправи пътя за формулирането на теории, излизащи извън рамките на теорията на относителността на Айнщайн, пише списание Space.

Анализирайки новите данни германските учени са получили по-точни измервания както на общото количество материя във Вселената, така и на нивото на гладкост или еднородност на материята.

Новите данни могат да помогнат за разрешаването на несъответствието между прогнозите на стандартния космологичен модел и измерванията, направени с помощта на реликтовото излъчване. Те показват различни стойности на нееднородната природа на материята във Вселената.

Проблемът S8 и новата физика

Несъответствие известно като проблема S8 описва числото S8, което е мярка за това колко материя се струпва или се слепва в огромните мащаби на космоса. Авторите на изследването смятат, че стандартният космологичен модел има известни недостатъци и може да не е напълно правилен.

Някои учени и досега смятат, че за да се реши проблемът S8 се налага да се формулира нов космологичен модел, но новите данни показват, че едва ли трябва да се предприемат толкова драстични мерки. Според изследователите, свързани с мисията eROSITA, параметрите, получени от наблюдението на галактически клъстери, са в съответствие с данните, получени от наблюдението на реликтовото излъчване. Тоест един и същ космологичен модел се запазва през цялото време от Големия взрив до наши дни.

Стандартният космологичен модел

Според стандартния космологичен модел, наречен Lambda-CDM, веднага след създаването си Вселената е била гореща смес от частици светлина, както и свободни електрони и протони. Последните са разсейвали фотоните и по този начин в началния етап от съществуването си Вселената е била непрозрачна, тоест светлината не е можела да се разпространява.

Но около 400 000 години след Големия взрив Вселената се е разширила и охладила, позволявайки на електроните и протоните да започнат да създават първите водородни атоми. След това Вселената е станала прозрачна и светлината е можела да пътешества свободно в космоса. Именно тази светлина се нарича космическо микровълново фоново лъчение или реликтово излъчване, което съществува и днес и с негова помощ учените изучават еволюцията на Вселената.

След като водородните атоми са се групирали в газови облаци, са започнали да се появяват първите звезди, след което са се появяили първите галактики и след това клъстери от галактики. Това е довело до формирането на най-големите структури във Вселената.

Какво друго е открил телескопът eROSITA?

Именно чрез наблюдение на тези структури с помощта на телескопа eROSITA учените са установили, че обикновената материя и тъмната материя съставляват 29% от общата енергийна плътност на Вселената. Този параметър е в съответствие с измерванията, базирани на наблюдения на реликтовото излъчване.

Телескопът eROSITA също така е успял да измери нивото на струпване на материя, използвайки параметъра S8. Въпреки че миналите наблюдения на реликтовото излъчване са показали по-високо число на S8 от предвиденото от стандартния космологичен модел, новите наблюдения са по-близо до направените прогнози. Тоест, според учените, проблем с S8 няма и нищо не излиза извън рамките на съществуващия основен модел на еволюцията на Вселената.

Данните от eROSITA също така са помогнали на учените да разберат повече за неуловимите частици, такива като неутриното, които имат много малка маса и заряд. Астрономите са стигнали до заключението, че неутриното може да изглади разпределението на материята във Вселената, тоест да я прави по-малко неравномерно разпределена. В същото време те са получили най-точните ограничения, относно масата на неутриното.

На прага на ново откритие

Но това не са всички постижения на eROSITA. Учените вярват, че новите данни ще помогнат да се разкрие скоростта на растеж на най-големите структури във Вселената, които Айнщайн е предсказал в своята теория на относителността.

Предварителният анализ показва, че в по-късната история на Вселената скоростта на растеж на тези структури е била малко по-бавна от предвиденото от Айнщайн. Учените вярват, че може да са на прага на ново откритие и ако констатациите се потвърдят, то ще прокара път за нови теории, които ще излязат извън рамките на теорията на относителността на Айнщайн.