Предложено решение загадки расширения вселенной

Земля, Солнечная система, весь Млечный Путь и несколько тысяч ближайших к нам галактик движутся в огромном «пузыре» диаметром 250 миллионов световых лет, где средняя плотность вещества в два раза меньше, чем в остальной наблюдаемой вселенной.

Это гипотеза, выдвинутая физиком-теоретиком из Женевского университета (UNIGE) для решения загадки, которая расколола научное сообщество уже давно: с какой скоростью расширяется Вселенная?

До сих пор, по крайней мере, два независимых метода расчета достигли двух значений, которые различаются примерно на 10% с отклонением, которое является статистически несовместимым. Этот новый подход, изложенный в журнале Physics Letters B, стирает эту дивергенцию без использования какой-либо «новой физики».

Вселенная расширяется с тех пор, как Большой Взрыв произошел 13,8 миллиардов лет назад — это предложение было впервые высказано бельгийским ученым Жоржем Леметром (1894-1966) и впервые продемонстрировано Эдвином Хабблом (1889-1953).

Американский астроном открыл в 1929 году, что каждая галактика отдаляется от нас, и что самые отдаленные галактики движутся быстрее всего. Это говорит о том, что в прошлом было время, когда все галактики находились в одном месте, которое может соответствовать только Большому взрыву.

Это исследование дало начало закону Хаббла-Лемэтра, включая постоянную Хаббла (H0), которая обозначает скорость расширения вселенной. Наилучшие оценки H0 в настоящее время составляют около 70 (км/с) / Мпк (это означает, что Вселенная расширяется на 70 километров в секунду быстрее каждые 3,26 миллиона световых лет). Проблема в том, что существует два противоречивых метода расчета.

Первый основан на космическом микроволновом фоне: это микроволновое излучение, которое исходит отовсюду, излучаемое в то время, когда вселенная стала достаточно холодной, чтобы свет мог свободно циркулировать (примерно через 370000 лет после Большого взрыва).

Используя точные данные, предоставленные космической миссией Планка, и учитывая тот факт, что вселенная является однородной и изотропной, для H0 получено значение 67,4 с использованием общей теории относительности Эйнштейна.

Второй метод расчета основан на сверхновых, которые появляются спорадически в далеких галактиках. Эти очень яркие события предоставляют наблюдателю очень точные расстояния — подход, который позволил определить значение для H0, равное 74 (км/с) / Мпк.

Эти два значения продолжали становиться более точными в течение многих лет, оставаясь отличными друг от друга. Чтобы сократить разрыв, возможно принять идею о том, что вселенная не так однородна, как утверждается.

Такая гипотеза может показаться очевидной в относительно скромных масштабах. Нет сомнений, что материя распределена по-разному внутри галактики и снаружи. Однако сложнее представить колебания средней плотности вещества, рассчитанные в объемах, в тысячи раз превышающих галактику.

Если бы мы оказались в некоем гигантском «пузыре», где плотность вещества была бы значительно ниже, чем известная плотность для всей вселенной, это имело бы последствия для расстояний сверхновых и, в конечном счете, для определяя H0.

Все, что было бы необходимо, — это чтобы этот пузырь был достаточно большим, чтобы включать галактику, которая служит эталоном для измерения расстояний. Установив диаметр 250 миллионов световых лет для этого пузыря, можно подсчитать, что если бы плотность вещества внутри была на 50% ниже, чем для остальной части Вселенной, было бы получено новое значение для постоянной Хаббла, которое затем будет согласоваться с полученным данными с использованием космического микроволнового фона.

«Вероятность того, что есть такое колебание в этом масштабе, составляет от 1 к 20 до 1 к 5, что означает, что это не фантазия теоретика. В обширной вселенной должно быть много таких регионов, как наш», — говорит автор исследования Лукас Ломбрайзер, профессор кафедры теоретической физики UNIGE.

Lucas Lombriser. Consistency of the local Hubble constant with the cosmic microwave background, Physics Letters B (2020). DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135303