Kosmologai siūlo milžinišką erdvės vakuumą kaip „Hablo įtampos“ sprendimą, meta iššūkį tradiciniams modeliams ir siūlo peržiūrėti Einšteino gravitacijos teoriją.

Viena didžiausių kosmologijos paslapčių yra visatos plėtimosi greitis. Tai galima numatyti naudojant standartinį kosmologijos modelį, dar žinomą kaip Lambda šalta tamsioji medžiaga (ΛCDM). Šis modelis pagrįstas išsamiais likutinės šviesos stebėjimais didysis sprogimas – vadinamasis kosminis mikrobangų fonas (CMB).

Dėl visatos plėtimosi galaktikos tolsta viena nuo kitos. Kuo toliau nuo mūsų, tuo greičiau juda. Santykį tarp galaktikos greičio ir atstumo reguliuoja „Hablo konstanta“, kuri yra maždaug 43 mylios (70 km) per sekundę per megaparseką (astronomijos ilgio vienetą). Tai reiškia, kad galaktika Jūs įgyjate apie 50 000 mylių per valandą Už kiekvieną milijoną šviesmečių nuo mūsų.

Deja, standartinio modelio atveju ši vertė neseniai buvo ginčijama, todėl mokslininkai vadina tai „Hablo įtampa“. Kai išmatuojame plėtimosi greitį naudodami netoliese esančias galaktikas ir supernovas (sprogstančias žvaigždes), jis yra 10 % didesnis nei tada, kai prognozavome pagal CMB.

Meninis milžiniškos tuštumos ir ją supančių stygų bei sienų perteikimas. Kreditas: Pablo Carlos Budasi

Mūsų Naujas popieriusSiūlome vieną galimą paaiškinimą: kad gyvename milžiniškame erdvės vakuume (mažesnio nei vidutinis tankio regione). Mes parodėme, kad dėl to vietos matavimai gali būti sustiprinti medžiagų srautais iš tuštumos. Ištekėjimas gali atsirasti, kai tankesnės sritys, supančios vakuumą, ištraukia jį, darydamos didesnę traukos jėgą nei vakuume esanti mažesnio tankio medžiaga.

Pagal šį scenarijų turėtume būti netoli vakuumo centro, kurio spindulys yra maždaug milijardas šviesmečių ir kurio tankis yra maždaug 20% ​​mažesnis nei vidutinės visatos, ty ne visiškai tuščia.

Tokia didelė ir gili tuštuma yra netikėta standartiniame modelyje ir todėl prieštaringa. CMB pateikia besiformuojančios visatos struktūros momentinį vaizdą, o tai rodo, kad šiandien materija turi būti gana tolygiai paskirstyta. Tačiau galaktikų skaičius skirtinguose regionuose skaičiuojamas tiesiogiai Jau siūloma Esame vietiniame vakuume.

Gravitacijos dėsnių modifikavimas

Norėjome toliau išbandyti šią idėją, suderindami kelis skirtingus kosmologinius stebėjimus, darydami prielaidą, kad gyvename dideliame vakuume, kuris atsirado dėl mažų tankio svyravimų ankstyvaisiais laikais.

Norėdami tai padaryti, turime modelis Ji apėmė ne ΛCDM, o alternatyvią teoriją, vadinamą modifikuota Niutono dinamika (Mond).

MOND iš pradžių buvo pasiūlyta paaiškinti galaktikų sukimosi greičių anomalijas, dėl kurių kilo mintis, kad egzistuoja nematoma medžiaga, vadinama „tamsiąja medžiaga“. Vietoj to MOND teigia, kad šias anomalijas galima paaiškinti Niutono gravitacijos dėsniu, kuris sugenda, kai gravitacijos jėga yra per silpna, pavyzdžiui, išoriniuose galaktikų regionuose.

Bendra MOND kosminio plėtimosi istorija bus panaši į standartinį modelį, tačiau struktūra (pvz., galaktikų spiečiai) augs greičiau MOND. Mūsų modelis fiksuoja, kaip gali atrodyti vietinė visata MOND visatoje. Mes nustatėme, kad tai leistų vietiniams šiandienos plėtimosi greičio matavimams svyruoti priklausomai nuo mūsų vietos.

CMB temperatūros svyravimai: Išsamus, visą dangų apimantis besiformuojančios visatos vaizdas, sukurtas iš devynerių metų WMAP duomenų, atskleidžiančių net 13,77 milijardų metų temperatūros svyravimus (rodomi spalvų variacijose). Autoriai: NASA / WMAP mokslo komanda

Naujausi galaktikos stebėjimai leido atlikti svarbų naują mūsų modelio testą, pagrįstą jo nuspėjamu greičiu įvairiose vietose. Tai galima padaryti išmatuojant vadinamąjį tūrinį srautą, kuris yra vidutinis medžiagos greitis tam tikrame rutulyje, nesvarbu, ar jis tankus, ar ne. Tai kinta priklausomai nuo rutulio spindulio, su Baigiamosios pastabos Pasiūlymas Tai tęsiasi Iki milijardo šviesmečių.

Įdomu tai, kad didžiulis tokio masto galaktikų srautas keturis kartus padidino greitį, kurio tikimasi standartiniame modelyje. Jie taip pat didėja didėjant nagrinėjamo regiono dydžiui, priešingai nei prognozuojama standartiniame modelyje. Tikimybė, kad tai atitinka standartinį modelį, yra mažesnė nei viena iš milijono.

Tai paskatino mus pamatyti, ką numato mūsų masinio srauto tyrimas. Pastebėjome, kad gamina labai gerai rungtynės Prie užrašų. Tam reikia, kad būtume gana arti vakuumo centro, o vakuumas jo centre būtų tuščiesnis.

Byla baigta?

Mūsų rezultatai gaunami tuo metu, kai įprasti Hablo tenzoriaus sprendimai susiduria su sunkumais. Kai kurie mano, kad mums tiesiog reikia tikslesnių matavimų. Kiti mano, kad tai gali būti išspręsta darant prielaidą, kad didelis plėtros tempas, kurį matuojame ir vietoje Iš tikrųjų teisingai. Tačiau tam reikia šiek tiek pakoreguoti ankstyvosios visatos plėtimosi istoriją, kad CMB vis dar atrodytų teisingai.

Deja, viena įtakinga apžvalga pabrėžia septynis problemų Su šiuo požiūriu. Jei visata per didžiąją kosminės istorijos dalį plėstųsi 10 % greičiau, ji taip pat būtų maždaug 10 % jaunesnė – tai prieštarauja vyraujančiai teorijai. Amžius Viena seniausių žvaigždžių.

Gilios, išsiplėtusios vietinės tuštumos buvimas galaktikų populiacijose ir stebimas greitas didelis nutekėjimas aiškiai rodo, kad struktūra auga greičiau nei tikėtasi ΛCDM skalėje nuo dešimčių iki šimtų milijonų šviesmečių.

Tai Hablo kosminio teleskopo nuotrauka, kurioje užfiksuotas didžiausias kada nors matytas galaktikų spiečius, kai Visata buvo perpus senesnė – 13,8 milijardo metų. Spiečiuje yra keli šimtai galaktikų, kurios susirenka veikiamos kolektyvinės gravitacijos. Apskaičiuota, kad bendra spiečiaus masė, patobulinta naujais Hablo matavimais, sveria net 3 milijonus milijardų žvaigždžių, panašių į mūsų Saulę (maždaug 3000 kartų didesnė už mūsų Paukščių Tako galaktiką), nors didžioji masės dalis yra paslėpta. Tamsus kompresas. Tamsioji medžiaga yra mėlynoje perdangoje. Kadangi tamsioji medžiaga neskleidžia jokios spinduliuotės, Hablo astronomai kruopščiai išmatavo, kaip jos gravitacija iškraipo tolimų fono galaktikų vaizdus kaip funhouse veidrodis. Tai leido jiems pateikti išsamų masės įvertinimą. Klasteris buvo pavadintas El Gordo (ispaniškai „riebusis“) 2012 m., kai rentgeno spindulių stebėjimai ir kinematinės studijos pirmą kartą parodė, kad jis buvo neįprastai didelis tuo laiku, kai jis egzistavo visatoje. Hablo duomenys patvirtino, kad klasteris smarkiai susilieja tarp dviejų mažesnių grupių. Vaizdo šaltinis: NASA, ESA ir J. Jee (Kalifornijos universitetas, Deivisas)

Įdomu tai, kad mes žinome, kad susiformavo El Gordo superspiečius (žr. paveikslėlį aukščiau). Per anksti Kosminėje istorijoje jo masė ir susidūrimo greitis yra tokie dideli, kad netinka standartiniam modeliui. Tai dar vienas įrodymas, kad šiame modelyje struktūra formuojasi labai lėtai.

Kadangi gravitacija yra dominuojanti jėga tokiuose dideliuose masteliuose, greičiausiai turėsime išplėsti Einšteino gravitacijos teoriją, bendrąją reliatyvumo teoriją, bet tik skalėmis. Didesnis nei milijonas šviesmečių.

Tačiau mes neturime tinkamo būdo išmatuoti, kaip gravitacija veikia daug didesnėmis mastelėmis, nes nėra gravitaciniu būdu susietų objektų, tokių didelių. Galime daryti prielaidą, kad bendrasis reliatyvumas tebėra galiojantis, ir lyginti jį su stebėjimais, tačiau būtent toks požiūris sukelia ekstremalią įtampą, su kuria šiuo metu susiduria geriausias mūsų kosmologijos modelis.

Manoma, kad Einšteinas pasakė, kad mes negalime išspręsti problemų mąstydami tuo pačiu būdu, dėl kurio kilo problemos. Net jei reikalingi pokyčiai nėra radikalūs, galime pamatyti pirmuosius patikimus įrodymus per daugiau nei šimtmetį, kad turime pakeisti savo gravitacijos teoriją.

Parašė Indranil Panik, Sent Andrews universiteto astrofizikos mokslinis bendradarbis doktorantūros srityje.

Adaptuota iš straipsnio, iš pradžių paskelbto m Pokalbis.