На протяжении веков фундаментальным предположением космологии было то, что Вселенная однородна и изотропна, если рассматривать ее в достаточно большом масштабе. Эта идея, известная как «космологический принцип», легла в основу современной космологии и повлияла на теории о происхождении, структуре и эволюции Вселенной.
Однако новое исследование с использованием данных слабого гравитационного линзирования проверило это предположение, и полученные результаты могут помочь нам лучше понять крупномасштабную структуру Вселенной.
Опубликованная в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) исследовательская группа под руководством доктора Джеймса Адама, профессора кафедры физики и астрономии Университета Западного Кейпа, Кейптаун, Южная Африка, и коллег из Великобритании и Франции, изучила, является ли расширение Вселенной действительно равномерным.
Они изучают возможность крупномасштабного анизотропного расширения с помощью измерений космических сдвигов — искажений в форме далеких галактик, вызванных изгибом света при его прохождении через пространство-время.
«Космологический принцип является краеугольным камнем стандартной модели космологии и определяет наше представление о Вселенной и нашем месте в ней», — пишут исследователи. «Поэтому крайне важно разработать многочисленные наблюдательные тесты, которые позволят выявить и количественно оценить возможные нарушения этого основополагающего принципа».
Слабое гравитационное линзирование возникает, когда гравитационное поле крупномасштабных структур — например, скоплений галактик — искривляет путь света от далеких галактик. Это изгиб тонко изменяет форму галактик таким образом, что можно провести статистический анализ и сделать вывод о свойствах распределения материи в промежутке.
В то время как предыдущие исследования в основном использовали космический микроволновый фон (CMB) и сверхновые типа Ia для проверки изотропии Вселенной, новое исследование использует слабое линзирование в качестве независимого зонда.
Исследователи сосредоточились на обнаружении B-мод в сигнале сдвига слабого линзирования. В идеально изотропной Вселенной эти B-моды должны быть незначительными. Однако значительные B-моды могут указывать на отклонения от предсказаний стандартной модели, возможно, свидетельствуя о крупномасштабном анизотропном расширении.
Результаты исследования представляют собой интригующее, хотя и предварительное свидетельство того, что расширение Вселенной может быть не совсем равномерным в поздние времена. Исследователи утверждают, что кросс-корреляция между сигналами сдвига в Е-моде и В-моде — обычно отвергаемая как систематика в стандартных анализах слабого линзирования — может стать ценным диагностическим инструментом для определения крупномасштабной анизотропии.
Команда подсчитала, что значительный сигнал кросс-корреляции E-B мод можно обнаружить с помощью симуляционных данных, сопоставимых с теми, которые будут получены в ходе предстоящего исследования «Евклид». Статистический анализ позволяет предположить, что если анизотропное расширение существует, то оно может оставить заметные отпечатки в данных о космических сдвигах, что может поставить под сомнение фундаментальные предположения стандартной космологии.
Если эти результаты подтвердятся реальными данными наблюдений, они могут иметь глубокие последствия для нашего понимания темной энергии, модифицированной гравитации и фундаментальных предположений стандартной модели космологии.
Некоторые теоретические модели, включая модели с анизотропным компонентом темной энергии или модифицированные теории гравитации, могут объяснить отклонения от изотропии.
Исследователи признают, что их анализ является предварительным и что систематические эффекты, такие как инструментальные шумы и погрешности наблюдений, должны быть тщательно учтены. Будущие исследования слабого линзирования, такие, как исследования, проводимые аппаратом «Евклид» и Square Kilometer Array (SKA), позволят получить необходимые высокоточные данные для дальнейшей проверки этой гипотезы.
Данное исследование представляет собой значительный шаг к использованию слабого линзирования в качестве прецизионного инструмента для проверки фундаментальных космологических предположений. Хотя доказательства анизотропного расширения еще не окончательны, эта возможность ставит под сомнение давно известный космологический принцип. В случае подтверждения эти выводы потребуют существенного пересмотра наших представлений о крупномасштабной структуре и эволюции Вселенной.
По мере появления инструментов наблюдения нового поколения ближайшие годы могут внести ясность, необходимую для определения того, является ли расширение Вселенной действительно равномерным или сама ткань пространства-времени рассказывает другую историю, чем мы когда-то думали.
«Основная цель этой работы — не дать строгий анализ потенциальной ограничивающей силы «Евклида», а подчеркнуть кросс-корреляцию E-B как дополнительную проверку Космологического принципа», — заключили исследователи.
Читайте все последние новости астрофизики на New-Science.ru
