Обширное международное исследование 25 миллионов галактик выявило серьезное противоречие в измерении плотности Вселенной, известной как «параметр S8». В то время как расчеты, основанные на космическом микроволновом фоне, предсказывают значение S8, равное 0,83, новые оценки показывают, что оно составляет 0,776. Это расхождение говорит о том, что Вселенная менее компактна, чем считалось ранее, что может поставить под сомнение стандартную космологическую модель.
Согласно стандартной космологической модели, Вселенная постепенно расширялась под действием невидимой силы, известной как темная энергия, через несколько миллионов лет после Большого взрыва. По мере расширения обычная материя сгущалась вокруг сгустков темной материи, способствуя образованию галактик и скоплений галактик. В нынешнем состоянии Вселенная состоит на 5 % из обычной материи (в основном водорода и гелия), на 25 % из темной материи, на 70 % из темной энергии и небольшого количества фотонов.
То, как обычная материя группируется вокруг темной, измеряется параметром S8. Другими словами, этот параметр характеризует, насколько «комковатой» является наша Вселенная — существенная переменная, которая может влиять на скорость ее расширения (постоянная Хаббла). Значение этого параметра можно рассчитать в соответствии со Стандартной космологической моделью, соотнеся ее со свойствами космического микроволнового фона (CMB) — остаточного излучения, испускаемого примерно через 380 000 лет после Большого взрыва. Эта методика позволила получить оценку S8, равную 0,83.
Однако это значение противоречит данным, полученным новой группой исследователей и другими командами. Это расхождение между двумя значениями может привести к еще одному крупному космологическому разногласию, известному как «напряжение S8», аналогичное «напряжению Хаббла».
В рамках нового исследования специалисты Принстонского университета подкрепили свои измерения сотрудничеством с несколькими группами международных астрономов. Окончательные результаты подробно изложены в журнале . «Наша общая цель — измерить некоторые из самых фундаментальных свойств нашей Вселенной«, — пояснил соавтор исследования Рухи Далал в блоге Принстона.
Более низкое значение S8 по сравнению со Стандартной моделью
Хотя темная энергия и темная материя составляют подавляющее большинство нашей Вселенной, мы почти ничего о них не знаем. Единственный способ обнаружить их — это наблюдать, как они искажают свет, исходящий от далеких галактик, например, за счет небольшого эффекта гравитационного линзирования. Это искажение настолько незначительно, что практически незаметно при наблюдении за одной галактикой. Однако его легче обнаружить, когда подобные измерения проводятся на миллионах галактик. Для этого команда авторов нового исследования использовала одну из самых мощных в мире астрономических камер Hyper Suprime-Cam (HSC) и японский 8,2-метровый телескоп Subaru, чтобы пронаблюдать в общей сложности 25 миллионов галактик.
Проанализировав результаты вслепую (чтобы избежать возможной предвзятости), исследователи получили значение S8, равное 0,776. Это значение было подтверждено расчетами групп японских и тайваньских астрономов, участвовавших в исследовании, а также расчетами Dark Energy Survey и Kilo-Degree Survey.
«Мы подтверждаем растущее в научном сообществе ощущение, что существует реальный разрыв между измерением агрегации в ранней Вселенной (измеренной по CMB) и измерением возраста галактики 9 миллиардов лет назад«, — сказал один из соавторов исследования, Арун. Каннавади из Принстонского университета.
Хотя разница между двумя значениями, на первый взгляд, совсем небольшая, их подтверждение другими командами, похоже, исключает случайность: «Мы не говорим, что только что обнаружили, что современная космология полностью ошибочна. Статистика показывает, что вероятность того, что это просто случайность, составляет один к 20, что убедительно, но не окончательно«, — говорит один из руководителей исследования, Майкл Штраус из Принстонского университета.
Одно из возможных объяснений заключается в том, что в оценке одного из двух измерений может быть допущена ошибка неизвестного происхождения или что стандартная космологическая модель просто неполна или необъективна. В этом случае возникает вероятность того, что модель нуждается в пересмотре.
В качестве следующего шага исследовательская группа планирует проверить свою гипотезу, изменив различные параметры, такие как точное количество темной материи и темной энергии во Вселенной. Будущие исследования также вскоре будут поддержаны более мощными устройствами, такими как телескоп в обсерватории Vera C. Rubin в Чили и космический телескоп Nancy Grace, которые должны быть введены в эксплуатацию в 2025 и 2027 годах соответственно.