Астрофизики нанесли на карту 47 миллионов галактик и усомнились в главном принципе космологии

Один из краеугольных камней современной космологии — это космологический принцип. Он гласит, что на достаточно больших масштабах Вселенная одинакова в любом направлении: нет верха и низа, нет стороны, где галактик больше или меньше. Этот принцип вырастает из идеи Коперника о том, что у наблюдателя во Вселенной нет никакого привилегированного положения — мы не особенные и не стоим в особом месте. На этом принципе строятся стандартные уравнения, описывающие расширение и структуру Вселенной.

На малых масштабах — отдельных галактик или их скоплений — Вселенная, конечно, анизотропна: в одну сторону больше пустоты, в другую — больше вещества. Но на больших масштабах все должно выравниваться, как узор ткани, который выглядит однородным, если смотреть издалека. Вопрос в том, насколько далеко нужно отойти, чтобы картина сгладилась.

Предыдущие исследования намекали, что неоднородности сохраняются вплоть до сотен мегапарсек, но их статистическая надежность была невысокой. Мегапарсек — единица астрономических расстояний, равная примерно 3,26 миллиона световых лет.

Парсек: что это за единица измерения и чему она равна

Физики Франческо Силос Лабини из Исследовательского центра Энрико Ферми в Риме и Марко Галоппо из Университета Кентербери в Новой Зеландии проанализировали данные первого релиза DESI — Dark Energy Spectroscopic Instrument. Этот наземный телескоп за пять лет наблюдений составил карту галактик, охватывающую 11 миллиардов световых лет.

Ученые применили метод, который называется ADPD (Angular Distribution of Pairwise Distances — угловое распределение попарных расстояний). Этот инструмент не требует заранее задавать параметры модели: он просто измеряет, как расстояния между парами галактик меняются в зависимости от направления и дистанции, и сравнивает результат с тем, каким он должен быть в изотропной Вселенной.

Оказалось, Вселенная имеет что-то вроде предпочтительного направления, которое сохраняется на расстояниях, где стандартная теория предсказывает полное выравнивание. Статистическая значимость обнаруженного эффекта превышает уровень 3σ во всех проанализированных подвыборках, то есть вероятность случайного совпадения очень мала.

Авторы подчеркивают, что их результат не опровергает принцип Коперника как таковой — Вселенная по-прежнему не выделяет нас как привилегированных наблюдателей. Но стандартная формулировка космологического принципа, которая требует статистической однородности и изотропии в каждой точке, под вопросом.

Если анизотропия на гигапарсековых масштабах подтвердится, физикам придется искать более общие решения уравнений Эйнштейна, которые допускают крупномасштабные неоднородности. Или рассматривать альтернативные источники ускоренного формирования структур — например, самовзаимодействие темной материи или обратные реакции от неоднородностей на общую динамику пространства-времени.

У исследования есть ограничения. Оно использует только первый релиз данных DESI, и само по себе не указывает на физическую причину анизотропии. Возможно, на еще больших масштабах Вселенная все же становится однородной — просто этот порог дальше, чем считалось. Пока же это исследование встает в ряд с другими аномалиями — отклонениями в реликтовом излучении, асимметрией в каталогах квазаров и аномальными скоростями потоков галактик, — которые давно намекают на то, что стандартная картина Вселенной может быть неполной.

Что такое галактики, как они выглядят и сколько их во Вселенной, рассказывали здесь.

На обложке сверхскопление Ланиакея, в которое входят наша родная галактика Млечный путь и ее соседи. Фото R. Brent Tully (U. Hawaii) et al., SDvision, DP, CEA/Saclay.