Нови данни поставят под въпрос общоприетия модел за Вселената

Нови данни заставят учените да се усъмнят в общоприетите теории за устройството на Вселената. Такива данни са получени, когато учените са се опитали да определят как в космоса е разпределена материята. Изследователите са измерили това разпределение по два начина и се оказало, че резултатите противоречат един на друг. Но това не може да е така, ако е верен Стандартният космологичен модел, на който са се базирали учените. Подробните резултати от това изследване са публикувани в списание Astronomy&Astrophysics.

Теорията за живота и Вселената

Космологията е науката за произхода и развитието на Вселената. Днес в нея господства Стандартният космологичен модел, известен още като ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter). Той обединява теорията на Големия взрив с представите за тъмната материя и тъмната енергия.

В полза на този модел говорят огромен брой наблюдавани факти, от реликтовото излъчване до химическия състав на звездите (с подробен списък на тези потвърждения може да се запознаете тук). Но така или иначе астрономите измислят все нови и нови тестове за потвърждение на този модел.

„Най-благородната задача на физика-експериментатор е да разруши дадена теория – казва Хендрик Хилдебрандт (Hendrik Hildebrandt) от Рурския университет в Бохум и един от авторите на изследването.

По всяка вероятност на учените този път им се е отдало да намерят слабо място в теорията, (разбира се ако в изчисленията им няма грешка). Ако е така, то на теоретиците ще им се наложи да променят сегашния космологичен модел, за да могат да обяснят новите данни.

Два начина – два резултата

Своите странни резултати астрофизиците са получили, изучавайки разпределението на веществото във Вселената. Това може да се направи като минимум по два начина, които се базират на различни аспекти в ΛCDM-модела.

Първият метод се основава на наблюденията на реликтовото лъчение, което датира от времето, когато Вселената е била само на 380 хиляди години. Тази работа е била изпълнена от екипа на проекта Planck.

Вторият начин използва ефекта на гравитационните лещи. Работата е там, че гравитацията на масивни обекти отклонява светлинните лъчи, работейки като леща. Измервайки тези изкривявания, които е претърпял светлинния лъч в далечните галактики, може да се възстанови разпределението на масата между него и наблюдателя.

Ясно е, че разпределението на материята във Вселената не зависи от това как я измерваме. И ако в нашите теории няма грешка, то резултатите получени с различните подходи, трябва да съвпадат. Но в този случай не е така.

В предни изследвания, които са били извършвани независимо едни от други, екипите са получили разлики между „реликтовото“ разпредление на масата и това, което се базира на ефекта на гравитационната леща. В новото изследване учените включили нови данни с надеждата да отстранят това противоречие. Вместо това те открили, че разликите станали още по-големи. Сега има само един шанс на сто, че пресмятанията са верни, а разликата е предизвикана от неизбежните погрешности при измерванията.

Инфрачервеното зрение

За да се възползват от ефекта на гравитационната леща, на учените им е необходимо да знаят разстоянията до различните източници на светлина. В дадения случай в ролята на такива далечни светила са били милиони далечни галактики.

Но как да разберем разстоянията до тях? Тук на учените им е необходим ΛCDM-модела, и по-точно част от него, а именно закона на Хъбъл. Той свързва червеното отместване с разстоянието до източника на светлина.

Червеното отместване на определена галактика може да се определи, измервайки нейната яркост в различни цветове, например син, зелен и червен. Резултатът ще бъде още по-точен, ако се добавят допълнително и инфрачервени данни. Именно това са направили учените от проекта Kilo-Degree Survey, или KiDS. Астрономите са измерили яркостта на галактиките в различни диапазони, включително инфрачервения, в област на небосклона от 450 квадратни градуса. Въпреки че това е само 1 % от цялата небесна сфера, за толкова точни измервания това е достатъчно солиден обхват.

„Нашият набор от данни е единствен и се базира на ефекта на гравитационните лещи, като е калиброван с използването на допълнителни инфрачервени данни“ – подчертава Хилдебрандт.

И именно това изследване, в което благодарение на инфрачервените данни, разстоянието до галактиките са измерени най-точно, показва най-голяма разлика с данните, получени с помощта на реликтовото излъчване.

Учените са се надявали, че добавянето на инфрачервените данни ще намали тези разлики, а в резултат се е получило точно обратното. За да проверят това, авторите са допълнили данни от инфрачервени изображения от Dark Energy Survey, наблюдения изпълнени от друг екип в оптичния диапазон. И отново уточненията на разстоянията до галактиките с помощта на инфрачервени данни е увеличила разликата с данните от Planck, получени на базата на реликтовото излъчване.

„Това може да има няколко обяснения – отбелязва Хилдебрандт – Или ние и един от другите изследователски калоборации сме допуснали системна грешка в оценката на данните, или в Стандартния космологичен модел нещо не е точно така“.

Да се прекрои Вселената

Сега екипът работи над включването на още повече галактики в изследването. Това ще повиши точността на измерванията. Това или ще намали противоречието с данните от Planck, или ще ги увеличи още повече.

На този етап, учените от KiDS са формулирали хипотеза, че свойствата на тъмната енергия, придаваща ускорение на разширяването на Вселената, се променя с времето. Реликтовото лъчение е било изпуснато преди 13 милиарда години, само 380 хиляди години след Големия Взрив. А наблюденията, които използват ефекта на гравитационната леща, са от по-късни периоди. Разбира се, светлината от далечните галактики не е изпусната вчера. За това е било нужно доста време тя да достигне до Земята, но все пак времето е значително по-малко от 13 милиарда години.

Ако предположим, че тъмната енергия за това време се е променила по подходящ начин, всичко застава по своите места. Двата резултата се съгласуват един с друг и с това и разпределението на масите.

Любопитно е да се знае, че значението на константата на Хъбъл, определяща скоростта на разширяване на Вселената също зависи от това, дали се измерва по данните от реликтовото лъчение или по друг начин. И това противоречие може да се отстрани, допускайки, че тъмната енергия се променя.

Съвсем наскоро публикувахме друго изследване, в което австралийски учени са констатирали, че една от важните фундаментални физически константи, а именно константата на тънката структура, използвана за измерване на електромагнитното взаимодействие между заредени частици, всъщност може да е достатъчно непостоянна във Вселената. Освен това те се придържат към хипотезата, че Вселената има насоченост, тоест не е изотропна. Тези предположения също протеворечат на сегашния Стандартен космологичен модел.

Така се трупат все повече свидетелства, че ние не знаем нещо важно за света, в който живеем. Разбира се, някои от сегашните изводи сигурно ще се окажат грешни, но останалите напълно могат да инициират революция в науката.