Дослідження астрономів Боннського та Гарвардського університетів ставить під сумнів фундаментальний принцип космології.
Куди б ми не дивилися, в космосі скрізь той самий порядок: багато обчислень астрофізиків базуються на цьому основному принципі. Однак, нещодавнє дослідження науковців з Боннського та Гарвардського університетів поставило цей принцип під сумнів. Якщо отримані ними результати буде підтверджено, це спричинить до перегляду багатьох припущень щодо властивостей Всесвіту. Результати оприлюднив журнал Astronomy & Astrophysics і вони вже доступні в Інтернеті.
З моменту Великого Вибуху Всесвіт розширюється, як розбухає щойно зліплений рулет із родзинками, поставлений у тепле місце. Ще недавно астрономи вважали, що таке збільшення розмірів відбувається рівномірно в усіх напрямках, як при хорошому дріжджовому тісті. Астрофізики називають це ізотропією. Багато розрахунків щодо основних властивостей Всесвіту базуються на цьому припущенні. Можливо, що вони всі помилкові — чи, принаймні, неточні — завдяки переконливим спостережним даним та їх аналізу, які виконалинауковці з університетів Бонна та Гарварду.
Ці науковці вперше перевірили гіпотезу про ізотропію новим методом, який дає змогу отримати надійніші дані, ніж раніше. І результат є несподіваним: згідно з цим методом, деякі ділянки космічного простору розширюються швидше, ніж мало бути, а інші — повільніше, ніж очікувалося. «За будь-яких обставин такий висновок випливає з наших вимірювань», — заявив Костянтинос Міґкас (Konstantinos Migkas) з Інституту астрономії імені Арґеландера Боннського університету.
Сині ділянки розширюються повільніше, ніж очікувалося, жовті — швидше. При ізотропії зображення було б однотонно червоним. Фото з сайту www.eurekalert.org.
Міґкас та його колеги розробили для свого дослідження новий, ефективний тест на ізотропію. Він заснований на спостереженнях скупчень галактик — у якомусь сенсі це як родзинки в дріжджовому кексі. Скупчення випромінюють рентгенівські промені, які можна зареєструвати на орбіті Землі (в даному випадку це зробили рентгенівські телескопи «Чандра» та XMM-Newton). Температуру скупчень галактик можна обчислити, зважаючи на певні характеристики випромінювання. Також можна виміряти їх яскравість. Що вища температура, то яскравіше вони світяться.
В ізотропному Всесвіті діє просте правило. Що далі від нас небесний об’єкт, то швидше він віддаляється від нас. Отже, з його швидкості можна встановити його відстань від нас, незалежно від напрямку, в якому лежить об’єкт. Принаймні, так досі вважали астрономи. «Проте, насправді, наші вимірювання яскравості, схоже, суперечать значенням відстаней, визначеним за вищевказаним правилом», — зауважив Міґкас.
Відомо, що кількість світла, яке досягає Землі, зменшується зі збільшенням відстані. Отже, кожен, кому відома світність небесного тіла і відстань до нього, знає, яким має бути його яскравість на зображенні, отриманому за допомогою телескопа. Якраз на цьому етапі науковці зіткнулися з розбіжностями, які важко узгодити з гіпотезою про ізотропію: деякі скупчення галактик набагато слабкіші, ніж очікувалося. Їхня відстань від Землі, ймовірно, набагато більша, ніж обчислено на підставі їх швидкості. Водночас для деяких інших скупчень ситуація протилежна.
Розподіл на небі 313 скупчень галактик, які аналізували дослідники. Чотири скупчення галактик, які спостерігали за допомогою телескопа «Чандра», показані для прикладу. Фото з сайту www.eurekalert.org.
«Цьому є лише три можливі пояснення», — констатує Міґкас, який є докторантом професора Томаса Рейпріха (Thomas Reiprich) в Інституті Арґеландера. «По-перше, можливо, що рентгенівське випромінювання, інтенсивність якого ми виміряли, ослаблене на шляху від скупчень галактик до Землі. Таке можуть спричинити ще невідкриті газопилові хмари всередині Молочного Шляху чи за його межами. Однак у раніше виконаних тестах ми виявили цю невідповідність між вимірюванням та теорією не лише в рентгенівських променях, але й на інших довжинах хвиль. Вкрай малоймовірно, що якась речовина туманності однаково поглинає різні види випромінювання.»
Друга можливість — це так звані «великорозмірні потоки» («bulkflows»). Це групи сусідніх скупчень галактик, які постійно рухаються у певному напрямку — наприклад, завдяки деяким структурам у просторі, що є джерелом потужної гравітації. Вони притягують до себе скупчення галактик і, таким чином, змінюють їхню швидкість (а отже, й відстань до них). «Цей ефект також означав би, що багато обчислень щодо властивостей місцевого Всесвіту є неточними і їх доведеться повторити», — пояснив Міґкас.
Третя можливість є найбільш серйозною: що робити, якщо Всесвіт взагалі не є ізотропним? Що робити, якщо — говорячи образно, — дріжджі в рулоні з галактиками-родзинками розподілені так нерівномірно, що в деяких місцях «родзинки» швидко рухаються разом з «тістом», а в інших регіонах майже не рухаються з місця? Така анізотропія може, наприклад, бути наслідком властивостей таємничої темної енергії, що є рушійною силою для прискореного розширення Всесвіту. Однак досі відсутня теорія, яка б узгодила дію темної енергії зі спостережними даними. «Якщо вдасться розробити таку теорію, це може значно прискорити пошуки, пов’язані з природою цієї форми енергії», — впевнений Міґкас.
Виконане дослідження базується на даних про понад 800 скупчень галактик, для 300 з яких дані аналізували автори. Дані для решти скупчень взіті з результатів раніше опублікованих досліджень. Аналіз рентгенівських даних був таким вимогливим, що тривав кілька місяців. Науковці очікують, що новий рентгенівський телескоп eROSITA в найближчі роки виявить ще кілька тисяч скупчень галактик. Тільки тоді стане зрозуміло, чи справді варто відмовитися від гіпотези про ізотропію.
За інф. з сайту www.eurekalert.org підготував Іван Крячко
