Журнал «Все о Космосе»
Ученые нашли, что ускорение расширения Вселенной анизотропно
Наблюдаемое ускорение расширения Вселенной, определяемое по изменению постоянной Хаббла, было приписано загадочной темной энергии, на которую, предположительно, приходится примерно 70 процентов Вселенной. Однако в новой работе профессор Субир Саркар (Subir Sarkar) из Центра теоретической физики им. Рудольфа Пайерлса, Оксфордский университет, Великобритания, вместе с международной командой коллег показал на примере 740 сверхновых типа Ia, что это ускорение является местным эффектом – оно проявляется вдоль направления нашего движения относительно реликтового излучения (которое демонстрирует аналогичную диполярную анизотропию). И хотя физическая причина этого ускорения остается неизвестной, она не может быть приписана темной энергии, которая вызывала бы аналогичное ускорение во всех направлениях равномерно.
Профессор Саркар объясняет: «Космологическая Стандартная модель базируется на предположении, что Вселенная изотропна для всех наблюдателей. Этот космологический принцип выводится из принципа Коперника – состоящего в том, что ни один наблюдатель не может занимать какое-то особенное положение во Вселенной. Это позволяет значительно упростить математическую конструкцию космологической модели, используя Общую теорию относительности Эйнштейна. Однако при попытке интерпретации данных на основе этого допущения мы приходим к удивительному выводу о том, что примерно 70 процентов Вселенной приходится на космологическую постоянную Эйнштейна, или «темную энергию». Некоторые ученые связывают это с квантовыми флуктуациями вакуума, однако масштаб энергии этих колебаний задается параметром H0, то есть текущей скоростью расширения Вселенной. Задаваемые таким образом энергии примерно в 10^44 раз ниже тех энергий, с которыми имеет дело Стандартная модель физики элементарных частиц – хорошо известная квантовая теория поля, которая довольно успешно описывает все известные субатомные явления. Нулевые колебания вакуума с такой гигантской плотностью энергии не позволили бы сформироваться нашей Вселенной в том виде, в каком мы ее сейчас наблюдаем. Сюда добавляется также вопрос «почему только сейчас?», то есть, почему темная энергия начала доминировать во Вселенной лишь относительно недавно? Ею можно было пренебречь в ранние эпохи существования Вселенной, а именно в то время, когда возраст нашего мира составлял примерно 400 000 лет, когда первичная плазма остыла до температуры, позволяющей формироваться атомам, и было высвобождено реликтовое излучение (поэтому реликтовое излучение не демонстрирует непосредственной чувствительности по отношению к темной энергии»).
Для проверки гипотезы темной материи профессор Саркар и его коллеги изучили набор из 740 сверхновых, входящих в каталог Joint Lightcurve Analysis (JLA), на предмет однородности ускорения расширения Вселенной. Полученные в результате статистической обработки данные представлены на графике, и они демонстрируют с уровнем статистической значимости 3,9 сигмы дипольную анизотропию ускорения, в то время как монопольное (изотропное) ускорение исключается с уровнем значимости 1,6 сигмы.
На графике: Дипольный характер параметра «распределения замедления», используемого авторами в работе, определяется величиной qd, а монопольный, соответствующий изотропному ускорению – величиной q0. Из графика видно, что поле наиболее вероятных соотношений между этими величинами (темно-красное поле) лежит в области высоких отрицательных значений qd и близких к нулю значений q0, в то время как соотношение этих величин, соответствующее Стандартной космологической модели (q0 = -0,55; qd = 0, отмечено синей звездой в левой верхней части графика), является практически невероятным, исходя из изученной выборки.
Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤
Источник
Вселенная расширяется анизотропно. Точка.
Поэтому, когда они видят наши с Александром Васильковым и Джоном Мазером статьи, где утверждается, что у Вселенной есть центр, в котором располагается очень большая черная дыра, и что изотропное расширение получается лишь в нулевом приближении, а в первом порядке в уравнении Фридмана появляется член, который описывает анизотропию, — то они приходят в неописуемое бешенство, клеймят нас самыми черными словами, хотя ни одного осмысленного возражения привести не могут. Вернее, они думают, что могут: они изрекают свои изотропные и однородные истины – и гордо, но быстро удаляются. Так как мы догнать их не можем, тем более растолковать, в какой луже они сидят, — то они живут в уверенности в изотропности Вселенной, хотя, на самом деле, изотропен лишь их мозг.
Наблюдателям легче – они стоят над схваткой и, извлекая космологическую информацию из своих приборов, просто оценивают коэффициент анизотропии Вселенной по исследуемому параметру. Астрономические данные оказались противоречивыми: одни говорят, что Вселенная изотропна, другая – что слегка анизотропна. И сторонников последнего тезиса среди наблюдателей становится все больше. В этом вопросе важно всё: что изучается, на каких расстояниях и с какой точностью. Кроме того, если изотропность – это нулевое приближение, а анизотропность – следующее, то всегда остается вопрос, в какое приближение попадают изучаемые данные. Отмечу, что финального доказательства изотропности Вселенной на крупных масштабах в принципе не существует – это тезис должен проверяться всегда, пока ведутся астрономические наблюдения. В тоже время, даже одного веского доказательства анизотропии достаточно, чтобы раз и навсегда опровергнуть идею изотропности Вселенной.
Критическая масса – это когда что-то накапливается, накапливается – а потом – БУМ! Так вот вчера этот БУМ! произошел в решении вопроса об анизотропии расширения Вселенной. 20-ти летние данные рентгеновских спутников Chandra (США) и Newton (Европа) позволили составить целые каталоги кластеров галактик, температура светящегося газа в которых достаточно уверенно определяется. Интернациональная группа учёных, которая в большинстве базируется в Германии, опубликовала обширное исследование на 44 страницах, которое непосредственно посвящено анализу изотропности Вселенной. Авторы использовали совершенно новый метод, который изучает рентгеновскую светимость кластеров галактик – фактически самых крупных объектов Вселенной, которые сохраняют достаточную компактность. Суть исследования проста: как известно, светимость звёзд зависит от их температуры в четвёртой степени. Для рентгеновского излучения галактических кластеров степень этой зависимости уменьшается до 2. Перед этой степенной функцией стоит показатель А. И вот, учёные из Бонна и Кембриджа (США) сделали равномерную (по небу) выборку из 331 кластера, и построили распределение параметра А по небу. И нашли прекрасную синусоиду в две волны по всему небу – с амплитудой в 16%. Вот эта синусоида на графике слева вверху. Справа – данные двух других каталогов, которые перекрываются между собой только на 1%:
Слева внизу – синусоида на основе каталога авторов, из которого убраны все кластеры, которые входят в два других каталога – для полной независимости. То есть результат проверен троекратно на трёх независимых каталогах. А вот и результирующее впечатляющее анизотропное распределение постоянной Хаббла по карте неба:
Статья производит сильное впечатление своей тщательностью, достоверностью и грамотной подачей материала. Безусловно, это нобелевский результат. Ведущий автор исследования – молодой грек Константинос Мигкас, получивший баклавра в Греции, а магистра и доктора – в Бонне. Он защитил диссертацию в 2017 году, то есть он – постдок. Этот класс людей, который является самым продуктивным и прогрессивным в науке. Авторы не ставили перед собой задачу какого-то теоретического осмысления полученных результатов, а просто кивнули на возможную «неоднородность» тёмной энергии. Но де-факто для всех моделей темной энергии, привязанной к вакууму, настал черный – судный — день. В идее, что Вселенную расталкивает какое-то квантовое давление вакуума, была своя прелесть примитивизма – как у черного квадрата Малевича. Никакой зависимости этого давления от времени и от пространства, просто апофеоз изотропии и однородности. А что сейчас? Представить себе, что вакуумное давление имеет анизотропные свойства или обладает какой-то глобальной неоднородностью, чем вызывает анизотропию расширения Вселенной – это уже не просто ужас, а ужас-ужас.
С точки зрения настоящей науки, с этого момента – с апреля 2020 года — статьи, которые основаны на изотропии Вселенной, нужно заворачивать из редакций журналов без рассмотрения – потому что они не соответствуют наблюдениям. И все теоретические статьи нужно начинать с фраз: «Вселенная расширяется анизотропно. Рассмотрим возможные причины такого наблюдаемого феномена…» Но этого, конечно, ещё долго не будет. Теоретики, которые выросли на темном изотропном молоке, посвятили свою жизнь темным силам, получили от них награды и звания — они будут юлить, изворачиваться и упорно делать вид, что это всего лишь одна статья, которую нужно лет сто проверять, и что ничего особенного не произошло. Но мы-то знаем, что произошло – в космологии наступила новая эра. Время тёмных тараканов в головах кончилось.
Источник
Анизотропия Вселенной
«Мир невозможно удержать силой. Его можно лишь достичь пониманием»
Пространство Вселенной не трёхмерное, оно имеет большее количество измерений и может быть описано математически. Возможно, пространство Вселенной анизотропно. (Анизотропи́я — неодинаковость свойств среды по различным направлениям внутри этой среды).
Вопрос анизотропии Вселенной обсуждается учёными достаточно давно и до настоящего времени остается нерешенным. После публикации данных о реликтовом излучении (микроволновом излучении, оставшемся от Большого взрыва), собранных космическим аппаратом WMAP (зонд микроволновой анизотропии Уилкинсона), многие ученые заявляли об обнаружении разного рода аномалий. В 2006 году китайские астрофизики заявили об обнаружении «оси зла» — региона, где реликтовое излучение мощнее, чем в остальных местах.
Колоссальная энергия, которая вырвалась из первоначального огненного облака, давшего начало звездам и галактикам, продолжает циркулировать в нашей Вселенной уже миллиарды лет. Её сняли на пленку в мельчайших деталях с помощью WMAP. Эта съемка принесла поразительно четкую фотографию неба, на которой учёные увидели микроволновое излучение — результат Большого Взрыва. WMAP измерил эхо Большого Взрыва, представив наиболее точные данные о возрасте Вселенной. Данные показали, что Вселенная возникла в результате Взрыва, который произошел 13,77 млрд. лет назад.
WMAP способен заглянуть в прошлое и посмотреть, что творилось во Вселенной примерно через 400 тыс. лет после Взрыва, однако, ответить на вопросы: почему произошел Большой взрыв, что его вызвало и что именно взорвалось, не может пока никто.
Объяснение особенностей реликтового излучения считается одной из основных задач космологии. Строятся разные геометрические модели, объясняющие реликтовое излучение. Картина распределения реликтового излучения имеет сложную структуру, ранее оно считалось изотропным, что соответствует принятой модели Вселенной, равномерно расширяющейся во все стороны. Однако, с повышением точности измерений, в реликтовом излучении обнаружились отклонения в изотропном распределении.
В процессе разбегания от нас удаленных объектов нет равноправности по разным направлениям, это может быть связано с глобальной анизотропией пространства. Астрофизикам удалось установить, что Вселенная расширяется не во всех направлениях одинаково (это и есть анизотропия), они сумели измерить скорость, с которой от нас отдаляются далекие галактики — скорость расширения Вселенной. Наибольшие значения скоростей достигаются в направлении созвездия Лисички. Ученые предполагают, если анизотропия подтвердится, то современные представления о Большом Взрыве придется пересмотреть.
Каждый новый вид излучения, который человечеству удавалось открыть, менял не только физические формулы, но и наш взгляд на мир. В 2029 году намечен запуск лазерной интерферометрической космической антенны LISA, которая будет регистрировать совершенно новый тип излучения — гравитационные волны, рожденные непосредственно в момент Большого взрыва. Согласно проекту, LISA будет состоять из трех аппаратов, соединенных лазерными лучами и образующих в космосе гигантский треугольник со стороной около 1 млн. км.
Это будет самый крупный прибор, когда-либо выведенный в космос. Аппараты системы LISA будут слегка покачиваться на гравитационных волнах, до сих пор блуждающих по Вселенной после Большого взрыва. Лазерные лучи, соединяющие аппараты, почувствуют любое возмущение, а специальные датчики позволят зарегистрировать частоту и другие характеристики этого возмущения. Если проект получится, ученые смогут увидеть мир таким, каким он был сразу после Большого взрыва, скажем, через одну триллионную долю секунды после него.
Вселенная не стационарна, она испытывает расширение, причем, расширяется с ускорением. Согласно закону Хаббла (закон разбегания галактик), чем дальше находится объект, тем быстрее удаляется от нас. Расширение Вселенной не является простым разлётом галактик в пустом пространстве, оно заключается в динамическом изменении самого пространства.
Согласно общей теории относительности, должны существовать и наблюдаться галактики, убегающие быстрее света. Астрофизики построили карту величин скорости разбегания галактик в разных направлениях. Галактики удаляются от Солнечной системы с разными скоростями, разница по разным направлением примерно 13-15%.
Большинство учёных признают, что Вселенная имеет фрактальную структуру: планетарные системы объединены в галактики, галактики в кластеры, кластеры в суперкластеры и так далее. Ученые полагают, что в 4-х мерных фракталах будут проявляться формы известного нам физического мира, поскольку непрерывность симметрии фрактала и непрерывность симметрии физического мира – это почти одно и то же.
В момент рождения Вселенная расширялась быстрее скорости света, сейчас её расширение продолжает стремительно ускоряться. Откуда же берется сила (энергия), «расталкивающая» Вселенную?
Как полагают учёные, причиной ускорения Вселенной, возможно, является тёмная энергия. В галактиках содержится большое количество «темной энергии», которую мы не можем наблюдать непосредственно, но, о существовании которой мы знаем благодаря её гравитационному воздействию на орбиты звёзд в галактиках. Учёные считают, что «темная энергия» создает антигравитационное поле, которое тянет галактики в разные стороны, и конечная судьба Вселенной будет определяться именно «темной энергией».
На данный момент никто и представить не может, откуда взялась эта «энергия пустоты». Количество «темной материи» во Вселенной значительно превышает количество обычного вещества. Наша Вселенная состоит из: 74% «темной энергии», 22 % — «темной материи», 3,6% — межгалактического газа и 0,4% — звёзды.
По мнению ряда ученых, принимавших участие в создании научно-популярного фильма Андрея Склярова и Дмитрия Павлова «Анизотропный мир», макрокосмос неразрывно связан с микромиром, и уже мало кто сомневается в том, что строение Вселенной и её эволюция определяется непосредственно тем, как она устроена на самом глубоком уровне. Теория суперструн дает 10 100 или 10 1000 степени разных типов миров, она может описать любой мир, и поэтому получила название «теории всего».
Разработка единой теории, охватывающей все стороны нашего мироздания, требует больших усилий учёных. Большой адронный коллайдер (БАК) ищет частицы нового типа — так называемые суперчастицы, которые представляют собой высшие моды колебания суперструн.
Источник