Наша фундаментальная модель Вселенной неверна

Мы живем в странной вселенной, наполненной необъяснимыми явлениями, которые с незапамятных времен ставили людей в тупик. Ученые составили приблизительный путеводитель по космосу, известный как лямбда-модель холодной темной материи (ACDM), или, проще говоря, стандартная модель космологии, но многие загадки, похоже, не вписываются в эту хорошо подтвержденную структуру тем более, что в последние годы наше представление о космосе стало еще более точным. В настоящее время ученые особенно озабочены непреодолимой напряженностью, возникшей в результате различных измерений двух космических свойств: скорости, с которой расширяется наша Вселенная, известной как постоянная Хаббла (Ho), и величины, называемой сигма-8, которая описывает различия в том, как материя слипается в больших космических масштабах.

Попытки измерить эти свойства в космосе, как ни странно, дали разные значения. Когда постоянная Хаббла измеряется на основе наблюдений за блестящими звездами, которые служат мерилом в космосе, ее скорость составляет около 50 400 миль в час на миллион световых лет. Однако, когда она измерена с использованием космического микроволнового фона (CMB), самого старого света во Вселенной, она составляет 46 200 миль в час на миллион световых лет. Между тем значение сигма-8 отличается при измерении с помощью CMB по сравнению с другими методами наблюдения. По сути, это означает, что в нашем базовом понимании вселенной и ткани реальности может быть потенциально серьезный изъян. В ответ ученые всего мира сейчас пытаются разрешить эту напряженность.

Действительно, несоответствия вызвали шквал исследований возможных способов решения проблем, особенно напряженности Хаббла, которая привлекает гораздо больше внимания. Космологи постоянно воображают возможные вселенные с переменными параметрами в надежде, что однажды каким-то образом они наткнутся на модель, в которой все это складывается. Эти усилия отчасти подпитываются врожденной потребностью человека понимать наше окружение, но они также представляют собой более широкий поиск тонкой настройки или, в конечном счете, замены ACDM еще более полным портретом вселенной.

«Несоответствие [Хаббла] и, возможно, даже несоответствие сигма-8 может быть нашим первым намеком на поиск этих трещин в модели ACDM», — сказал Арсалан Адил, аспирант кафедры теоретической физики Калифорнийского университета в Дэвисе. в вызове. «Но, сказав это, он оказался настолько устойчивым, что я не уверен, откуда придет решение». Адиль и его коллеги недавно предприняли новую попытку «ослабить обе эти напряженности одновременно» с помощью теоретического квантового поля, называемого квинтэссенцией, согласно исследованию команды, которое было опубликовано в прошлом месяце на сайте препринтов arXiv и не было рецензировано. Квинтэссенция является одним из объяснений темной энергии, термином для неизвестной силы, управляющей расширением Вселенной, и использовалась в предыдущих исследованиях этих напряжений.

Исследователи предупредили, что их результаты не соответствуют всеобъемлющему решению, но, согласно исследованию, этот подход «обнаружил интересные последствия добавления компонента квинтэссенции во Вселенную». Адиль также отметил, что их конкретная модель избегает общего результата, заключающегося в ослаблении одного напряжения только для обострения другого в том, что его профессор, космолог из Калифорнийского университета в Дэвисе Неманья Калопер, называет игрой «космологический Whac-A-Mole». «Вы решаете одну проблему, и появляется другая», — сказал Адиль. «На самом деле это говорит о силе экспериментаторов. Сегодня у нас есть такие удивительные данные. Реликтовое излучение — это первый свет, излученный 13 миллиардов лет назад, и мы можем составить эту сложную карту этого света, а из него вывести эти тонкие детали — отпечатки пальцев нашей Вселенной. Есть много предложений, которые устраняют это несоответствие [Хаббла], но затем они делают несоответствие сигма-8 намного хуже».

Элеонора Ди Валентино, научный сотрудник Королевского общества Дороти Ходжкин в Университете Шеффилда, которая провела всесторонний обзор этих противоречий, а также исследовала квинтэссенцию в качестве решения, отметила, что проблема возникает из-за того, что «все параметры взаимосвязаны». «Как только вы измените один из них, остальные изменятся соответственно», — сказал Ди Валентино в электронном письме. «В большинстве моделей увеличение [Хаббла] означает также увеличение [сигма-8] и наоборот. По этой причине очень сложно найти модель, которая ведет себя иначе». В то время как Адиль и его коллеги получили более низкую постоянную Хаббла и более высокое значение сигма-8, предлагая многообещающее представление о решении, он сказал, что новый портрет не согласуется с другими данными наблюдений.

«В этой статье, как и во многих других, делается попытка разрешить напряженность с помощью альтернативного сценария», — сказал Ди Валентино об исследовании, проведенном командой Адиля. «К сожалению, на данный момент ни одна из сотен предложенных моделей не способна их реально решить» с достаточной точностью, чтобы «убедить людей». Она добавила, что гравитационные волны, которые представляют собой рябь в пространстве-времени, могут обеспечить еще одно независимое измерение постоянной Хаббла, которое могло бы пролить свет на эту давнюю проблему. Эти новые данные помогут ученым оценить возможные ловушки ACDM и дать представление о других важных загадках, таких как природа темной энергии и темной материи, неопознанного вещества, которое составляет большую часть материи во Вселенной.

«Я считаю модель ACDM подходящей моделью современных космологических исследований, основанной на совершенно неизвестных величинах, таких как темная материя и темная энергия», — сказал Ди Валентино. «Я считаю напряжения [Хаббла] и [сигма-8] первым признаком того, что модель ACDM хороша в первом приближении, но это не окончательный окончательный сценарий. На данный момент эти противоречия — лишь два из многих сбоев, обнаруженных учеными в матрице ACDM. Они представляют собой некоторые из расхождений, которые существуют в больших масштабах, категория, которая также включает в себя головокружительные вещи, такие как странное отсутствие лития в наблюдаемой Вселенной по сравнению с ожиданиями. Ученые также выявили ряд проблем с моделью в меньших масштабах, таких как странно синхронизированные орбиты галактик-спутников, которые вращаются вокруг более крупных галактик, что противоречит предсказаниям о более сложных и разнообразных орбитах.

Эти загадки могут то разочаровывать, то воодушевлять космологов, но, как заметил Адиль, в конечном счете они проистекают из невероятных достижений в методах наблюдения, которые позволили ученым измерять неуловимые космические свойства с беспрецедентной точностью. Космолог Танви Карвал, постдоктор Центра космологии элементарных частиц Пенсильванского университета, который ломал голову над напряженностью Хаббла и сигма-8 и разработал интересные потенциальные решения для них, также подчеркнул этот момент. «Если что-то немного не так, мы можем увидеть это сейчас», — сказал Карвал по телефону. «Я надеюсь, что это происходит с этими напряжениями, потому что было бы фантастически, если бы мы начали понимать, что такое темная материя и темная энергия на самом деле, и как на самом деле функционирует Вселенная. Действительно ли мы правы с ACDM? Мы далеко? В то же время она предостерегла от того, чтобы рассматривать напряженность исключительно как вызов ACDM, потому что это не отражает полной картины стремления постичь вселенную. В конце концов, многие модели космоса появлялись и исчезали, а ACDM — лишь следующая из них. «Мы всегда должны понимать, что ACDM никогда не задумывался как долгосрочная цель», — сказал Карвал. «Это логичный следующий шаг. Ничего не уничтожается. Вот куда мы хотим пойти дальше».

Источник