Одни части вселенной могут расширяться быстрее других

Одним из основных компонентов космологии является понимание того, что вселенная расширяется равномерно во всех направлениях. Это было предсказано теорией десятилетия назад и подтверждено измерениями космического микроволнового фона. Но новые рентгенологические наблюдения теперь предполагают, что это может быть не так, в конце концов — некоторые области могут расширяться быстрее, чем другие.

Гипотеза изотропии говорит, что вселенная обладает более или менее одинаковыми свойствами в любом направлении. Во всяком случае, это верно в абсолютно гигантских масштабах космоса — в местном масштабе, очевидно, есть различия.

Эта идея была стержнем космологии на протяжении десятилетий, и недавние наблюдения согласились с ней. В 2013 году ЕКА представила карту, сделанную космическим телескопом Планка, с космическим микроволновым фоном (реликтовое излучение, CMB), излучением, оставшимся от Большого взрыва. И, как и предполагалось, она была «почти идеальной», с небольшими колебаниями температуры в разных направлениях.

Но смотреть на реликтовое излучение — это смотреть на вселенную, когда ей было всего лишь 380 000 лет. Если перенестись оттуда в будущее на 13,8 миллиардов лет, то нет никакой гарантии, что Вселенная будет все еще так же однородна. Это именно новое исследование намеревалось изучить — и полученные результаты удивили ученых.

«Вместе с коллегами из Университета Бонна и Гарвардского университета мы рассмотрели поведение более 800 скоплений галактик в современной вселенной», — говорит Константинос Мигкас, соавтор исследования. «Если бы гипотеза изотропии была правильной, свойства скоплений были бы одинаковыми по всему небосклону. Но на самом деле мы увидели значительные различия».

Группа астрономов провела наблюдения с использованием ряда рентгеновских обсерваторий, включая XMM-Newton ЕКА, Chandra и ROSAT. Это позволило им измерить температуру горячего газа в этих скоплениях галактик и сравнить результаты с яркостью этих объектов на небе.

Если вселенная была бы одинаковой во всех направлениях — и расширялась с одинаковой скоростью везде — тогда скопления, которые были примерно одинаковой температуры и на одинаковом расстоянии, должны иметь одинаковую яркость. Но, к своему удивлению, исследователи заметили, что это не так.

«Мы увидели, что скопления с одинаковыми свойствами и схожими температурами оказались менее яркими, чем мы ожидаем в одном направлении неба, и ярче, чем ожидалось, в другом направлении», — говорят ученые. «Разница была довольно значительной, около 30 процентов. Эти различия не случайны, а имеют четкую картину в зависимости от направления, в котором мы наблюдали».

Ученые исключили другие факторы, которые могут повлиять на результаты. Данные не подтверждают идею о том, что облака пыли и газа делают определенные области более тусклыми, а также идею о том, что огромные гравитационные эффекты скоплений влияли на измерения. Это оставляет исследователей с ответом, что разные части вселенной расширяются с разной скоростью.

Последствия этого вывода огромны. Многие астрономические измерения основаны на фундаментальном предположении, что определенные космологические параметры постоянны во всей вселенной, поэтому сейчас нельзя сказать, в чем еще мы можем ошибаться.

Если вселенная действительно анизотропна, даже если только в последние несколько миллиардов лет, это будет означать огромный сдвиг парадигмы, потому что направление каждого объекта должно быть принято во внимание при анализе его свойств.

«Например, сегодня мы оцениваем расстояние очень далеких объектов во вселенной, применяя набор космологических параметров и уравнений. Мы считаем, что эти параметры везде одинаковы. Но если наши выводы верны, этого не произойдет, и нам придется пересмотреть все наши предыдущие выводы» — говорит Константинос Мигкас.

К счастью, исследователи не рекомендуют поспешно все пересматривать. Они признают, что выборка относительно мала, и для принятия таких глубоких выводов необходимо больше данных. Будущие рентгеновские миссии, такие как миссия Евклид, предоставят эти дополнительные данные.

Исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.