Международная группа учёных, проанализировавшая данные, полученные в рамках проекта DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), обнаружила, что Вселенная на огромных масштабах может иметь структуру, отличную от той, что предполагается современной космологической моделью. Согласно результатам исследования, распределение галактик в космосе сохраняет выраженную анизотропию на расстояниях до гигапарсеков. Это противоречит одному из основных положений космологии — принципу крупномасштабной изотропности Вселенной.
В текущем году проект DESI завершил масштабную программу наблюдений, в рамках которой была создана карта около 47 миллионов галактик, охватывающая пространство на расстоянии примерно 11 миллиардов световых лет. Эти данные позволили учёным более детально изучить структуру Вселенной на больших масштабах. Исследователи Франческо Силос Лабини и Марко Галоппо использовали эту информацию для проверки одного из фундаментальных принципов современной космологии и пришли к выводам, которые ставят этот принцип под сомнение.
На малых масштабах неоднородность распределения материи в космосе хорошо изучена. Рассматривая отдельные галактики или их группы, можно заметить, что пространство выглядит по-разному в разных направлениях. В одном направлении преобладают огромные пустоты, в то время как в другом — плотные скопления галактик. Эта неоднородность называется анизотропией. Однако космологический принцип утверждает, что по мере увеличения масштабов эти локальные различия должны сглаживаться. В среднем материя должна быть распределена одинаково во всех направлениях, и Вселенная должна выглядеть одинаково независимо от положения наблюдателя. Это предположение основано на принципе Коперника, который гласит, что во Вселенной нет привилегированных точек наблюдения.
Авторы исследования сравнивают космическую паутину, состоящую из нитей, сверхскоплений и огромных пустот, с тканью. Если рассматривать ткань вблизи, хорошо заметны отдельные волокна и промежутки между ними. Но при сильном удалении ткань выглядит однородной. Аналогично предполагается, что при увеличении масштаба космическая паутина должна сглаживаться. Однако вопрос о том, на каких расстояниях Вселенная становится статистически одинаковой во всех направлениях, до сих пор остаётся предметом научных дискуссий.
Наблюдения крупномасштабной структуры показывают наличие сложной сети галактических нитей, областей повышенной концентрации галактик и огромных пустот. Однако до сих пор не было единого мнения о том, на каких масштабах эта структура должна выравниваться с увеличением расстояния.
Исследования космического микроволнового фона в целом поддерживали космологический принцип, в то время как некоторые другие работы указывали на сохранение анизотропии на расстояниях от нескольких десятков до сотен мегапарсеков. Статистическая значимость этих результатов была предметом обсуждений.
Авторы новой работы отмечают, что большинство предыдущих исследований в основном искали наличие выделенного направления во Вселенной. Вместо этого они применили другой подход, позволяющий оценить распределение материи одновременно по расстояниям и углам. Для анализа использовалась статистическая методика Angular Distribution of Pairwise Distances (ADPD), которая измеряет направленные корреляции между парами галактик без введения дополнительных свободных параметров. Полученные результаты сравнивались с моделью, соответствующей ожидаемой изотропной Вселенной.
Анализ показал, что распределение галактик в данных DESI сохраняет устойчивую анизотропную структуру вплоть до расстояний порядка гигапарсека. Это означает, что галактики оказываются сгруппированными сильнее, чем предполагают существующие космологические модели, на масштабах, значительно превышающих ранее исследованные. Если предыдущие работы сообщали о возможных признаках анизотропии на расстояниях порядка мегапарсеков, то новое исследование показывает сохранение подобных особенностей на расстоянии примерно в тысячу раз больше.
По словам авторов, полученные результаты являются прямым свидетельством того, что направленная согласованность структуры Вселенной сохраняется на существенно больших расстояниях, чем допускает стандартная космологическая модель. Это ставит под сомнение предположение о крупномасштабной изотропности, которое является основой современной космологии.
Учёные отмечают, что их исследование имеет определённые ограничения. Оно не позволяет выявить физическую природу обнаруженной анизотропии и не исключает вероятности, что на более крупных масштабах Вселенная окажется статистически изотропной. Для того чтобы сделать окончательные выводы, необходимы дополнительные наблюдения и независимые проверки результатов.
Если же подтвердится существование такой крупномасштабной анизотропии, это может привести к пересмотру некоторых фундаментальных представлений о структуре Вселенной. По мнению исследователей, такие результаты открывают перспективы для изучения более общих космологических моделей, допускающих наличие крупных неоднородностей. Это также стимулирует поиск альтернативных механизмов формирования космических структур. Среди потенциальных направлений исследований рассматриваются модели с самовзаимодействующей тёмной материей или влияние неоднородностей пространства-времени на эволюцию Вселенной.
