Стандартная модель космологии (Lambda CDM, сокращение от Lambda Cold Dark Matter) — это модель, которая в настоящее время лучше всего соответствует астрофизическим и космологическим наблюдениям. Эта модель вытекает из общей теории относительности и предполагает, что Вселенная состоит из обычной материи, темной материи, излучения и темной энергии.
На протяжении десятилетий предпринимались попытки понять, как эти компоненты привели к появлению космических объектов и структур, которые мы наблюдаем. К ним относятся кластеры и суперкластеры галактик. Теперь новое исследование предполагает, что за это ответственны так называемые квантовые флуктуации.
(Не)гауссовские квантовые флуктуации
Квантовые флуктуации — это случайные, непредсказуемые и временные изменения, которые происходят в свойствах частиц и физических систем на очень малом, «квантовом» уровне. Эти вариации, или флуктуации, обусловлены вероятностной природой субатомных частиц и могут присутствовать даже при очень низких температурах.
Стандартная космологическая модель говорит нам, что возмущения плотности в ранней Вселенной следуют гауссовым профилям плотности, то есть имеют форму колоколообразной кривой, называемой гауссовой кривой.
В работе, недавно опубликованной в журнале , исследователи из Института Нильса Бора, Автономного университета Мадрида и Парижского университета CNRS изучили возможность того, что эти квантовые флуктуации порождают негауссовы экспоненциальные хвосты. То есть распределение, в котором крайние области имеют экспоненциальную форму, а не гауссову. Таким образом, флуктуации могут иметь прямые последствия для формирования космических структур.
Исключения из правила
Экспоненциальные хвосты, ответственные за формирование структур во Вселенной, уже изучались в контексте производства первозданных черных дыр.
В новом исследовании отмечается, что они также могут играть ключевую роль в образовании крупномасштабных структур и указывают на решение других проблем, связанных с моделью Lambda CDM. Не расширяя ее, поскольку она уже содержит необходимые ингредиенты для объяснения этих аномальных наблюдений. Хосе Мария Эскиага, один из исследователей, проводивших исследование, сказал:
«Вопрос о том, как формировались структуры во Вселенной, является одним из самых старых, но с начала 1980-х годов он приобрел новое измерение. В то время ученые осознали невероятную связь между меньшими и большими масштабами, в которой квантовые флуктуации в ранней Вселенной растягиваются космической инфляцией, что приводит к образованию галактик и крупномасштабных структур во Вселенной«.
От квантовых флуктуаций до коллапса космических объектов
Исследователи, в частности, изучили возможность того, что этот механизм влияет на коллапс более крупных объектов, таких как ореолы темной материи, в которых впоследствии образуются галактики и скопления галактик.
Рассчитав некоторые фундаментальные параметры, предполагая негауссовы экспоненциальные хвосты, команда определила, что первобытная квантовая диффузия может фактически увеличить количество крупных скоплений галактик, опустошая ореолы темной материи.
Следующим важным шагом является полная проверка предсказаний этой модели с помощью экспериментальных данных. Новые наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба в настоящее время, похоже, согласуются с теоретическими предсказаниями данного исследования. Однако нам придется ждать дальнейших подтверждений от астрономов, чтобы полностью понять их классификацию, и ждать от них подтверждения этих неожиданных популяций.