5 Minutės
Kelerius metus kosmologija rėmėsi raminančia idėja: pažvelgus pakankamai toli, Visata apytikriai atrodo vienodai visur. Tvarkinga. Simetriška. Numatomai. Naujas tyrimas ryškiai prieštarauja šiam vaizdui, teigdamas, kad kosmosas gali būti pastebimai netolygus pačiais didžiausiais masteliais, ir ši galimybė yra daugiau nei menkas statistinis iškraipymas.
Debatų centre atsidūrė vadinamoji kosminė dipolio anomalija, problema, kuri tiesiogiai kerta per standartinio kosmologinio modelio pamatus. Lambda–CDM modelyje Visata turėtų būti homogeniška ir izotropiška didžiausiais masteliais. Paprasta kalba: materija turėtų būti pasklidusi tolygiai iš esmės, o Visata neturėtų turėti pirmenybės vienai krypčiai prieš kitą. Lambda reiškia tamsiąją energiją, vis dar paslaptingą ingredientą, paaiškinantį erdvės spartėjantį plėtimąsi, o CDM reiškia šaltąją tamsiąją materiją, nematomą masę, laikomą galaktikų ir kosminių struktūrų formavimo pagrindu.
Visa ši sistema remiasi kosmologiniu principu. Ir būtent tai dabar atrodo labiau klibanti, nei norėtų daugelis fizikų.
Pradžia yra kosminis mikrobanginis fonas, senovinis Didžiojo sprogimo švytėjimas. Ši spinduliuotė, paleista kai Visatai buvo apie 380 000 metų, ilgai tarnavo kaip viena aiškiausių ankstyvojo kosmoso nuotraukų. Ji yra išskirtinai vienoda, bet ne ideali. Per ją veržiasi smulkūs temperatūros svyravimai, o vienas gerai žinomų reiškinių yra dipolinė anizotropija: viena dangaus pusė atrodo šiek tiek šiltesnė, kita šiek tiek vėsesnė.
Tradiciškai mokslininkai tą modelį aiškino kaip judėjimo efektą. Saulės sistema juda santykyje su Visatos ramybės sistema, todėl dangus atrodo šiek tiek karštesnis kelionės kryptimi ir šiek tiek vėsesnis už nugaros, panašiai kaip kosminis Doplerio poslinkis. Jei ši interpretacija teisinga, ta pati krypčių disbalanso reikšmė turėtų pasireikšti ir labai tolimos materijos pasiskirstyme, įskaitant kvazarus ir radijo šaltinius.
Ši idėja egzistuoja nuo 1980-ųjų, kai kosmologai George'as Ellis ir Johnas Baldwinas pasiūlė vėliau Ellis–Baldwino testu pavadintą sąlygą. Lūkesčiai atrodė paprasti: dipolis, matomas materijoje, turėtų sutapti su dipoliu kosminiame mikrobanginiame fone tiek krypčių, tiek stiprumo atžvilgiu. Pagal naują analizę, realybė nesutinka bendradarbiauti. Kryptis sutampa, bet stiprumas ne. Materijos dipolis atrodo žymiai stipresnis nei numato standartinis modelis.
Čia prasideda nemalonumai. Tyrėjai išnagrinėjo daugiau nei 1,4 milijono kvazarų ir apie 500 000 radijo šaltinių ir praneša apie neatitikimą virš penkių sigma ribos. Fizykoje tai yra auksinis standartas, vertinant rezultato rimtumą. Tai reiškia, kad signalas galėjo atsirasti atsitiktinai su beveik neegzistuojančia tikimybe, maždaug 1 iš 3,5 milijono. Tai toks pats statistinis pasitikėjimo lygis, kuris buvo naudojamas patvirtinant Higso bozoną.
Profesorius Subir Sarkar nesiribojo diplomatiniais žodžiais ir pareiškė, kad šios problemos neįmanoma daugiau nuvertinti, o net FLRW metrikos galiojimas dabar yra spaudžiamas. Tai rimtas teiginys. FLRW metrika, pavadinta Friedmanno, Lemaître'o, Robertsono ir Walkerio vardais, yra matematinis pagrindas aprašyti plečiančiąsi Visatą bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose. Ji daro prielaidą apie didelio masto vienodumą ir izotropiją. Jei Visata iš tikrųjų pasirodys esanti šališka, tas pagrindas gali nebeatlaikyti tiek, kiek manyta.
Daugiau nei tik galvos skausmas dėl tamsiosios energijos
Tai svarbu, nes padariniai nesibaigia geometrijos lygyje. Jie tiesiogiai liečia vieną didžiausių mokslo paslapčių: tamsiąją energiją. Standartiškai manoma, kad tamsioji energija sudaro apie 70 procentų Visatos energijos biudžeto ir yra pagrindinė priežastis, kodėl kosminis plėtimasis atrodo spartėjantis. Problema aiški: niekas tiesiogiai neidentifikavo, kas yra tamsioji energija.
Jei Visata iš tikrųjų nėra izotropiška, kai kurias stebėjimo išvadas, kurios dabar interpretuojamos kaip įrodymai tamsiajai energijai, reikės peržiūrėti. Tai, kas atrodo kaip spartus plėtimasis tvarkingame, simetriškame visatos modelyje, gali iš dalies atspindėti klaidingas prielaidas apie tikrąją Visatos struktūrą. Tai automatiškai nereiškia tamsiosios energijos idėjos žlugimo, bet tai sumažina aiškumo jausmą, kad byla yra uždaryta.
Dr. Sebastian von Hausegger pasakė tiesiai: jei tolimi šaltiniai nėra izotropiški toje pačioje atskaitos sistemoje, kur izotropiškas kosminis mikrobanginis fonas, tada kosmologinis principas buvo pažeistas. Ir jei tas principas žlunga, kosmologams gali tekti pradėti vėl nuo pirmųjų principų.
Keista, bet kosminė dipolio anomalija nesulaukė tokio pat viešo dėmesio kaip Hubble skirtumas, garsus nesutapimas tarp skirtingų Visatos plėtimosi greičio matavimų. Tačiau tam tikrais aspektais ši problema gali būti dar fundamentalesnė. Hubble skirtumas kelia abejonių dėl to, kaip greitai Visata plečiasi. Dipolio anomalija kelia abejonių dėl to, ar standartinis Visatos žemėlapis apskritai pastatytas ant teisingų prielaidų.
Keletas artėjančių observatorijų gali padėti išspręsti ginčą. Europos kosmoso agentūros Euclid misija jau žemėlapiuoja milijardus galaktikų, siekdama tirti tamsiąją energiją ir kosmines struktūras. NASA SPHEREx atliks infraraudonųjų spindulių viso dangaus apžvalgą, ieškodamas užuominų apie galaktikų formavimąsi ir didelio masto struktūrų kilmę. Vera C. Rubino observatorija turėtų pakeisti dangaus apžvalgas periodiškai skenuodama pietinę dangų sritį, o Kvadratinių kilometrų masyvas suteiks precedento neturintį radijo vaizdą apie Visatą didžiausiais masteliais. Taip pat mašininis mokymasis gali padėti tyrėjams palyginti naujus modelius su kalnais šviežių stebėjimų duomenų.
Kol kas žinia paprasta ir nerami. Viena iš ilgai galiojusių kosmologijos prielaidų gali būti klaidinga. Jei būsimais stebėjimais bus patvirtinta, kad Visata iš tiesų yra asimetriška, mokslininkams gali tekti pergalvoti ne tik standartinį kosmologinį modelį, bet ir tamsiosios energijos vaidmenį bei matematinį aparatą, naudojamą Visatai aprašyti.
Palikite komentarą