Вселенная может быть неодинаковой во всех направлениях: данные DESI бросают вызов космологическому принципу

Новое исследование, основанное на данных обзора DESI, охватившего 47 миллионов галактик на расстоянии 11 миллиардов световых лет, показало, что Вселенная может не быть одинаковой во всех направлениях. Результаты, опубликованные в журнале Nature, противоречат одному из фундаментальных предположений современной космологии — космологическому принципу, согласно которому на больших масштабах распределение материи должно быть однородным и изотропным.

Согласно космологическому принципу, Вселенная на больших масштабах должна выглядеть одинаково независимо от того, в каком направлении мы смотрим. Это предположение лежит в основе стандартной модели космологии, включая теории тёмной энергии и расширения Вселенной. На малых масштабах, конечно, Вселенная неоднородна: где-то больше галактик, где-то — пустоты. Но на достаточно больших расстояниях эти неоднородности должны сглаживаться.

Что показали данные DESI

Исследователи Франческо Силози Лабини и Марко Галоппо использовали метод, называемый угловым распределением попарных расстояний — статистический инструмент, который измеряет направленные корреляции в распределении галактик. Они сравнили свои результаты с моделью, основанной на ожидаемой изотропии.

Они обнаружили, что выборки галактик из DESI показывают устойчивую анизотропную структуру в распределении галактик вплоть до масштабов примерно в гигапарсек. Это означает, что галактики группируются сильнее, чем должны, на масштабах, в тысячи раз превышающих те, которые изучались ранее. Предыдущие исследования указывали на анизотропию на мегапарсековых масштабах. Новое исследование показывает, что она сохраняется на масштабах в тысячу раз больше.

Авторы пишут: «Эти результаты предоставляют прямые доказательства того, что направленная когерентность сохраняется до больших масштабов, чем предсказано в стандартной модели, что ставит под сомнение предположение о крупномасштабной изотропии».

Что это значит для космологии

Если эти результаты подтвердятся, это может потребовать пересмотра некоторых фундаментальных идей в космологии. Космологический принцип лежит в основе многих расчётов, включая модели расширения Вселенной и природу тёмной энергии.

Авторы отмечают, что их результаты не противоречат коперниковскому принципу, который утверждает, что Земля не находится в особом положении во Вселенной. Однако они противоречат более строгой формулировке космологического принципа, предполагающей статистическую однородность и изотропию в любой точке.

«С теоретической точки зрения, существование таких крупномасштабных анизотропий мотивирует исследование более общих решений уравнений поля Эйнштейна, которые явно допускают крупномасштабные неоднородности в качестве космологических моделей, и/или исследование альтернативных источников ускоренного формирования структуры», — пишут авторы.

Они предлагают рассмотреть возможность введения самовзаимодействия в компоненте тёмной материи или эффектов обратной связи от неоднородностей.

Ограничения исследования

Авторы признают, что у их работы есть ограничения. Она не определяет физическое происхождение наблюдаемой анизотропии. Кроме того, возможно, что на ещё больших масштабах Вселенная всё же становится изотропной. Однако если крупномасштабная анизотропия будет подтверждена, это может привести к пересмотру некоторых теоретических основ современной космологии.

Вселенная всегда удивляет. И, возможно, этот раз — не исключение. Вопрос в том, что ещё скрывают данные DESI и какие тайны о структуре мироздания они могут раскрыть, если мы продолжим смотреть на них с открытым умом. Или, возможно, ответы лежат не в данных, а в нашем понимании того, что мы считаем само собой разумеющимся. И этот результат — напоминание о том, что даже самые фундаментальные предположения могут быть ошибочными.