В продължение на векове основното предположение в космологията е, че Вселената е хомогенна и изотропна, когато се разглежда в достатъчно голям мащаб. Тази идея, известна като "космологичен принцип", е в основата на съвременната космология и е повлияла на теориите за произхода, структурата и еволюцията на Вселената.
Ново изследване, използващо данни от слаби гравитационни лещи, обаче проверява това предположение и резултатите могат да ни помогнат да разберем по-добре едромащабната структура на Вселената.
Изследователският екип, ръководен от д-р Джеймс Адам (James Adam), професор в катедрата по физика и астрономия в Университета на Западен Кейп, Кейптаун, Южна Африка, и колеги от Великобритания и Франция, е проучил дали разширяването на Вселената е наистина равномерно.
Тяхното проучване изследва потенциала за широкомащабно анизотропно разширяване с помощта на измервания на т. нар. космически срязвания (cosmic shear) - изкривяването на изображенията на далечни галактики от мащабната структура във Вселената, причинени от огъването на светлината от влиянието на слаби гравитационни лещи.
"Космологичният принцип е крайъгълен камък на стандартния модел на космологията и определя начина, по който разглеждаме Вселената и нашето място в нея", пишат изследователите. "Затова е наложително да се разработят множество наблюдателни тестове, които могат да идентифицират и количествено да определят възможните нарушения на този основополагащ принцип."
Слабите гравитационни лещи се появяват, когато гравитационното поле на широкомащабни структури - като галактически купове - изкривява пътя на светлината от далечни галактики. Това огъване едва доловимо променя формите на галактиките по начин, който може да бъде статистически анализиран, за да се направят изводи за свойствата на разпределението на междинната материя.
Докато предишни изследвания са използвали предимно космическия микровълнов фон (CMB - cosmic microwave background) и свръхнови от тип Ia, за да проверят изотропността на Вселената, това ново изследване използва слабите лещи като независими сонди.
Изследователите са се фокусирали върху откриването на В-модове в сигнала за срязване на слабите лещи. В идеално изотропна Вселена тези В-модове би трябвало да са незначителни. Обаче съществените В-модове биха могли да показват отклонения от предвижданията на стандартния модел - вероятно предполагат анизотропно разширение в голям мащаб.
Резултатите от изследването предоставят интригуващи, макар и несигурни доказателства, че разширяването на Вселената може да не е напълно равномерно в късни времена. Изследователите твърдят, че кръстосаната корелация между сигналите за срязване в E-мода и B-мода - обикновено отхвърляни като систематика при стандартните анализи на слабите лещи - може да бъде ценен диагностичен инструмент за изследване на широкомащабната анизотропия.
Фоновото изображение показва днешното разпределение на материята в проекция на срез с дебелина 130 милиона светлинни години чрез най-голямата симулация на FLAMINGO на кубичен обем със страна 9,132 милиона светлинни години (2,8 Gpc, гигапарсека). Яркостта на фона представлява дава днешното разпределение на студената тъмна материя, докато цветът представлява разпределението на неутрино. Космическата мрежа (мащабната структура на Вселената) се вижда ясно. Фактът, че цветът се променя по-плавно от яркостта, показва, че неутриното се групират в мащаби с по-голяма дължина от студената тъмна материя. Вмъкнатите панели показват три последователни увеличения, центрирани върху най-масивния галактикически куп. Те последователно показват температурата на газа по линията на видимост, повърхностната плътност на тъмната материя и повърхностната яркост на рентгеновите лъчи. Увеличенията показват широк диапазон от мащаби на дължина, проследени от симулацията. Кредит: Фигура от Schaye et al. (2023). Josh Borrow, the FLAMINGO team and the Virgo Consortium.
Екипът е изчислил, че съществен сигнал за кръстосана корелация между Е и В модовете може да бъде открит с помощта на симулирани данни, сравними с тези, които ще предостави предстоящото изследване на "Евклид". Техният статистически анализ показва, че ако съществува анизотропно разширение, то може да остави измерими отпечатъци в данните за космическите срязвания, което потенциално би могло да постави под въпрос основните предположения на стандартната космология.
Ако тези резултати се потвърдят с реални наблюдателни данни, те биха могли да имат дълбоки последици за разбирането ни за тъмната енергия, модифицираната гравитация и фундаменталните допускания на стандартния модел на космологията.
Някои теоретични модели, включително тези, включващи анизотропен компонент на тъмната енергия или модифицирани теории на гравитацията, биха могли да обяснят отклоненията от изотропията.
Изследователите признават, че техният анализ е предварителен и че трябва стриктно да се отчетат систематичните ефекти, като например шумовете в инструментите и отклоненията при наблюденията. Бъдещите изследвания на слабите лещи, като например тези, провеждани от спътника Евклид и Square Kilometer Array (SKA), ще осигурят необходимите данни с висока точност за по-нататъшно тестване на тази хипотеза.
Изследването представлява значителна стъпка към използването на слаби лещи като прецизен инструмент за проверка на фундаментални космологични предположения. Макар че доказателствата за анизотропно разширение все още не са окончателни, тази възможност поставя под въпрос дългогодишния космологичен принцип. Ако се потвърдят, тези открития ще наложат значително преразглеждане на разбирането ни за едромащабната структура и еволюцията на Вселената.
Тъй като в действие влизат инструменти за наблюдение от следващо поколение, през следващите години може да се получи необходимата яснота, за да се определи дали разширяването на Вселената наистина е равномерно или самата тъкан на пространство-времето разказва за нещо различно от това, което сме смятали досега.
"Основната цел на тази работа не е да предостави строг анализ на потенциалната ограничаваща сила на "Евклид", а да подчертае кръстосаната корелация E-B като допълнителна проверка на космологичния принцип", заключават изследователите.
"Надяваме се, че нашият анализ ще осигури обща основа за бъдещи изследвания по тази тема."
Справка: Probing the Cosmological Principle with weak lensing shear; James Adam, Roy Maartens, Julien Larena, Chris Clarksone; https://arxiv.org/pdf/2411.08560
Източник: Exploring the Universe’s True Shape: New Study Proposes Challenges to the Cosmological Principle, Tim McMillan, The Debrief
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
dolivo
Учените, работещи за връщането на вълнестия мамут, създават вълнести мишки
dolivo
Обществото умее да разпознава фалшиви новини, но е скептично към верните новини, показва метаанализ
dolivo
Прогноза за развитие на технологиите до 2099 от Рей Курцвейл
dolivo
Може ли удар от малка черна дупка да убие човек?