Живем ли мы в гигантской пустоте? Новая гипотеза, направленная на решение загадки расширения Вселенной
Последние наблюдения ставят под сомнение стандартную космологическую модель ΛCDM ("лямбда — холодная темная материя"), выявляя несоответствия между предсказаниями и данными наблюдений, особенно в отношении скорости расширения Вселенной и движения галактик. Эти аномалии позволяют предположить, что на Вселенную влияют неизвестные силы или явления. Недавно исследователи из Университета Сент-Эндрю предложили новую гипотезу для их объяснения: мы можем находиться в "гигантской космической пустоте", точнее, в области с плотностью ниже средней примерно на 20%.
В космологии ученые давно столкнулись с серьезной проблемой: расхождением в измерениях постоянной Хаббла. Этот важнейший параметр, определяющий скорость расширения Вселенной, имеет противоречивые значения в зависимости от используемых методов наблюдения. Эта ситуация, известная как "напряжение Хаббла", ставит под сомнение основы нашего нынешнего понимания Вселенной и открывает путь к новым гипотезам и теориям.
Недавно исследователи из Университета Сент-Эндрю предложили новую гипотезу: мы можем находиться в "гигантской космической пустоте", точнее, в области с плотностью на 20 % ниже средней. Их работа опубликована в журнале .
Хаббловское напряжение и вакуум KBC: вызов для Стандартной модели
Хаббловское напряжение — это термин, используемый для описания наблюдаемого расхождения между измерениями расширения Вселенной и предсказаниями модели ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter). Эта модель включает космологическую постоянную Λ, представляющую темную энергию и темную материю, для объяснения расширения и структуры Вселенной. Согласно этой модели, скорость, с которой галактики удаляются друг от друга, должна постоянно ускоряться.
Однако недавнее исследование, основанное на данных каталога CosmicFlows-4, в котором зафиксированы скорости и положения тысяч галактик, показывает, что последние движутся со скоростью, на 10 % превышающей ту, которую предсказывает ΛCDM-модель. Более того, вакуум Кинана-Баргера-Коуи (KBC) добавляет еще один слой к этой загадке. Это огромная область Вселенной, где плотность галактик намного ниже средней.
Протяженностью около 300 мегапарсеков (Мпк) - один мегапарсек эквивалентен примерно 3,26 миллиона световых лет — эта пустота представляет собой значительную аномалию по сравнению с предсказаниями ΛCDM-модели. Согласно последней, материя во Вселенной должна быть относительно равномерно распределена на больших масштабах, но наличие вакуума KBC говорит о том, что это не так. Эти серьезные несоответствия ставят под сомнение наше нынешнее понимание динамики Вселенной.
Поток скоростей и полуаналитическая модель вакуума
Полуаналитическая модель вакуума, разработанная Морицем Хаслбауэром и его коллегами из Сент-Эндрюсского университета и описанная в статье в журнале The Conversation, предлагает инновационный подход к объяснению наблюдаемых высоких скоростей галактик и хаббловского напряжения.
Эта модель отходит от традиционных рамок ΛCDM, предполагая, что мы живем в своеобразном "вакууме" - области Вселенной, где плотность материи ниже среднекосмической примерно на 20 %. В этом контексте галактики, расположенные вблизи этой пустоты, будут двигаться быстрее из-за разницы в плотности материи и возникающих гравитационных сил.
Эта полуаналитическая модель предсказывает, что скоростные потоки галактик, то есть скорость, с которой они перемещаются как группа по Вселенной, естественно, будут выше в этой пустоте и вокруг нее. Это предсказание удивительно хорошо согласуется с недавними наблюдениями аномально высоких скоростей в каталоге CosmicFlows-4 и предлагает последовательное объяснение хаббловского напряжения и существования вакуума KBC.
Последствия для стандартных моделей и космологических исследований
Чтобы проверить гипотезу космического вакуума, авторы включили в свою модель теорию модифицированной ньютоновской динамики (MOND). В отличие от ΛCDM-модели, MOND не полагается на существование темной материи для объяснения скоростей вращения галактик. Вместо этого она предполагает, что законы гравитации Ньютона могут действовать неравномерно, особенно в областях, где гравитационная сила слаба, например, на периферии галактик.
В этом контексте MOND постулирует, что наблюдаемые аномалии в скорости вращения галактик могут быть объяснены изменением законов гравитации, а не присутствием темной материи. Хотя общее расширение Вселенной в MOND аналогично тому, что предсказывает Стандартная модель, формирование структур, таких как скопления галактик, будет происходить быстрее.
Приняв такую точку зрения, становится возможным объяснить локальные вариации скорости расширения Вселенной как функцию положения наблюдателя. Это особенно актуально, когда мы рассматриваем "массивный поток" галактик, являющийся мерой средней скорости материи в данной сфере. Последние наблюдения показывают, что этот массивный поток гораздо больше, чем предсказывает стандартная модель, особенно на масштабах до миллиарда световых лет.
Авторы считают, что совпадение предсказаний MOND и недавних наблюдений за массивным оттоком галактик поразительно. Это подтверждает их гипотезу о том, что мы можем жить вблизи центра большой космической пустоты, где плотность материи ниже.
Эти открытия также поднимают важнейшие вопросы о теории гравитации Эйнштейна и общей теории относительности. Особенно на масштабах более миллиона световых лет, где эффекты гравитации огромны и сложны, существующие модели могут не полностью отражать динамику. Этот вызов основам теории гравитации может привести к новой эре в космологических исследованиях. Эти достижения могут не только разрешить существующие противоречия в космологических моделях, но и дать нам более глубокое и точное понимание Вселенной в целом.