Современные представления о структуре Вселенной, согласно преобладающим космологическим теориям, подразумевают пространство с конкретной геометрической формой – оно может быть плоским, иметь положительную или отрицательную кривизну (что аналогично плоскости, сфере и седлу соответственно). При этом важно различать геометрию и топологию: первая характеризует искривление пространства в небольших масштабах, а вторая определяет его общую организацию. Следовательно, области с идентичной геометрией способны обладать различной общей структурой. В зависимости от взаимодействия этих двух характеристик Вселенная может быть одновременно бесконечной и конечной, не имея при этом четких границ.

Астрономические исследования ограничены лишь той частью космоса, которую можно наблюдать – это область пространства, откуда свет успел достичь Земли за всё время существования Вселенной. Согласно современным расчетам, основанным на данных космических обсерваторий WMAP и Planck, поперечник наблюдаемой Вселенной приблизительно равен 93 миллиардам световых лет. Области космоса, находящиеся за пределами этой видимой зоны, пока не поддаются прямому изучению. Поэтому ученые делают выводы о глобальном устройстве мироздания на основе косвенных данных, полученных из наблюдаемой части Вселенной.

Новый анализ совместной международной работы COMPACT, подготовленный для журнала Nature Astronomy, затрагивает вопрос выявления подобных особенностей. В своей работе исследователи обобщили результаты многолетних наблюдений за структурой Вселенной — областью космологии, изучающей её общую геометрию. Если наша Вселенная имеет определенную замкнутую конфигурацию, то свет от удалённых объектов может проходить различными путями до нас, достигая с разных направлений. В таком сценарии теоретически возможно появление повторяющихся изображений одних и тех же участков космоса.

Подобные явления рассматриваются как потенциальные признаки сложной организации пространства в целом – так называемая нетривиальная топология, когда структура космоса значительно отличается от той, что описывается наиболее простыми космологическими моделями.

Ключевым средством в этом поиске является реликтовое излучение — слабое микроволновое свечение, оставшееся от эпохи, когда возраст Вселенной составлял приблизительно 380 тысяч лет. Благодаря своей повсеместности, любые отклонения в глобальной геометрии пространства должны проявляться как закономерные изменения в этом излучении.

Традиционным подходом долгое время был поиск так называемых совпадающих окружностей. Идея заключается в том, что при замкнутой структуре Вселенной наблюдатель может видеть один и тот же регион ранней Вселенной из разных точек пространства. Следовательно, на карте реликтового излучения должны быть заметны пары идентичных кругов с аналогичными температурными флуктуациями.

Хотя подобные проявления и пытались найти при анализе информации с аппаратов WMAP и Planck, достоверных свидетельств существования сложной глобальной организации пространства не было найдено. Тем не менее, это вовсе не означает полного исключения такой перспективы. Значительная часть исследований была сосредоточена на ограниченном количестве моделей и не учитывала всю панораму потенциальных конфигураций мироздания.

К тому же, свидетельства сложной структуры пространства могут проявляться не только в виде пересекающихся окружностей. Различные конфигурации глобальной организации космоса должны оставлять едва заметные статистические отпечатки на реликтовом фоне — например, формировать неожиданные взаимосвязи между отдаленными областями небесной сферы. Новейшие математические инструменты для поиска подобных эффектов демонстрируют значительно большую эффективность по сравнению с ранее используемыми методами.

В данном контексте особенно важны измерения поляризации реликтового излучения – характерного узора в древнем свете Вселенной, который сохранил сведения о ее ранней эволюции. Планируемая космическая миссия LiteBIRD, к примеру, сможет провести эти измерения с невиданной ранее точностью. Если топологические особенности действительно существуют, новые данные позволят их выявить.

Аналогичная ситуация наблюдается при масштабных обследованиях расположения галактик, посредством которых можно изучать структуру видимой Вселенной не на плоском изображении небесной сферы, а в трехмерном пространстве.

В настоящий момент ни одна из предложенных теорий об экзотической структуре пространства не нашла эмпирического подтверждения. Тем не менее, исследователи в данной работе не исключают такую возможность. В случае обнаружения признаков подобной структуры будущими исследованиями, это станет одним из ключевых достижений современной науки и даст уникальную возможность установить как пространственную конфигурацию, так и общую структуру космоса.

<!—

.shesht-social-sharing-block {
margin-top: -40px;
}

—>