Ученые создали подробнейшую карту распределения материи во Вселенной и увидели возможные следы неизвестных сил природы

«Недостаточно комковатая» — так описал обнаруженную аномалию один из авторов нового исследования. В нем на основе наблюдений сразу двух обсерваторий, работающих с разными диапазонами излучений, удалось создать карту распределения материи во Вселенной с беспрецедентной точностью. Благодаря этому выяснилось, что стандартная модель — главная современная теория мироустройства, описывающая все частицы, поля и взаимодействия, кроме гравитации — имеет все шансы быть неполной.

Измерения одного научного инструмента могут быть подвержены систематической ошибке в методике или недостатках конкретного прибора. Поэтому исследователи всегда стараются перепроверять данные разными методами. И если речь идет о микроскопе или градуснике, то проблем вряд ли должно возникнуть много. Но когда требуется сверить данные не просто с крупных телескопов, а результаты целых обзоров ночного неба длительностью в годы, задача становится поистине исполинской.

Потребовался труд более чем полутора сотен астрофизиков и других специалистов со всего света, чтобы проделать такой трюк для обзоров Dark Energy Survey (DES) и Южного полярного телескопа (SPT). Первый, как следует из названия, определял распределение темной материи, второй — реликтового излучения. В обоих наборах данных основным ориентиром выступало гравитационное линзирование, то есть изменение траектории электромагнитных волн вблизи массивных скоплений вещества.

Поскольку единственное, что гарантированно есть общего у всех типов материи — и «обычной», и темной, — это масса, гравитационное линзирование позволяет обнаружить любые сколь-нибудь крупные объекты, даже если они ничего не излучают.

Сопоставление данных DES и SPT показательно, поскольку оба обзора собирали свет со значительных участков неба и делали это в разных диапазонах электромагнитного излучения. Телескоп имени Виктора Бланко в Чили, с помощью которого выполнялся Dark Energy Survey, работает в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Тогда как SPT — это радиотелескоп, фиксирующий в числе прочего микроволновое излучение.

Анализ получился настолько плодотворным, что его результатом стали сразу три (1, 2, 3) научные публикации в рецензируемом журнале Physical Review D Американского физического общества (APS).

Совпадающие области неба в обзорах DES и SPT / ©Yuuki Omori

Важнейший итог этой фундаментальной работы — карта распределения материи во Вселенной, выполненная с беспрецедентной точностью. Научная ценность здесь в том, что зная, где и как оказалось вещество сейчас, можно судить о его эволюции с момента Большого взрыва, проверяя имеющиеся и перспективные модели. Первые плоды уже есть: наблюдаемая картина немного расходится с тем, что можно ожидать на основании проверенной и устоявшейся космологической теории.

Проще говоря, ученые могут применить свои знания о фундаментальных законах природы и смоделировать поведение материи с начала ее существования. На основании этого предсказания получается ожидаемая макроскопическая структура Вселенной. По большей части она сходится с тем, что показывают наблюдения. Однако в деталях могут быть различия — они и проливают свет на возможные пробелы в знаниях человечества.

Обнаруженная в сопоставлении данных DES и SPT аномалия проще всего описывается как чуть большая «распределенность» материи либо недостаточная «комковатость». Отклонение буквально на грани значимости, поэтому требует тщательной проверки в будущих исследованиях.

Среди потенциальных объяснений есть три самых вероятных: ошибки в измерениях или анализе данных, влияние испускаемых сверхмассивными галактиками джетов, а также пока неизвестные силы, которые не учтены в стандартной модели. Последний вариант представляет особый интерес, ведь именно поиск фактов, не согласующихся с уже проверенными теориями, двигает науку вперед.