Вселенная оказалась более беспорядочной и сложной, чем следовало бы ожидать

На протяжении всей космической истории мощные силы действовали на материю, преобразуя вселенную во все более сложную сеть структур. Теперь новое исследование предполагает, что наша Вселенная стала «более беспорядочной и сложной» за примерно 13,8 миллиарда лет своего существования, или, скорее, распределение материи за эти годы стало менее «комковатым», чем следовало бы ожидать.

«В нашей работе мы провели перекрестную корреляцию двух типов наборов данных из дополнительных, но очень разных обзоров», — говорят исследователи , — «и мы обнаружили, что по большей части история формирования структур удивительно согласуется с предсказаниями гравитации Эйнштейна. Мы увидели намек на небольшое расхождение в количестве ожидаемой комковатости в недавние эпохи, около четырех миллиардов лет назад, что может быть интересно исследовать».

Данные, опубликованные в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics и на сервере препринтов arXiv, взяты из окончательного выпуска данных (DR6) космологического телескопа Атакама (ACT) и первого года работы спектроскопического инструмента темной энергии (DESI).

Объединение этих данных позволило команде наложить слои космического времени таким образом, что это напоминает наложение прозрачных пленок древних космических фотографий на более поздние, что дает многомерную перспективу космоса.

«ACT, охватывающий примерно 23% неба, рисует картину младенчества Вселенной, используя далекий, слабый свет, который путешествовал со времен Большого взрыва», — говорит первый автор статьи Джошуа Ким. «Формально этот свет называется космическим микроволновым фоном (Cosmic Microwave Background, CMB), но иногда мы просто называем его детской картинкой Вселенной, потому что это моментальный снимок того времени, когда ей было около 380 000 лет».

Ким объясняет, что путь этого древнего света на протяжении эволюционного времени или по мере старения Вселенной не был прямым. Гравитационные силы от больших, плотных, тяжелых структур, таких как скопления галактик, деформировали реликтовое излучение, подобно тому, как изображение искажается, проходя через очки.

Этот «эффект гравитационного линзирования», впервые предсказанный Эйнштейном более 100 лет назад, является способом, с помощью которого космологи делают выводы о его свойствах, таких как распределение материи и возраст.

С другой стороны, данные DESI предоставляют более поздние записи космоса. DESI, базирующийся в обсерватории Китт-Пик, составляет карту трехмерной структуры Вселенной, изучая распределение миллионов галактик, в частности, светящихся красных галактик (LRG). Эти галактики выступают в качестве космических ориентиров, позволяя ученым отслеживать, как материя распространялась на протяжении миллиардов лет.

«LRG от DESI — это как более поздняя картина Вселенной, показывающая нам, как галактики распределены на разных расстояниях», — говорит Ким. «Это мощный способ увидеть, как структуры эволюционировали от карты CMB до того, где галактики находятся сегодня.

Объединив карты линзирования из данных CMB ACT с LRG DESI, команда ученых создала беспрецедентное сопоставление между древней и недавней космической историей, что позволило им напрямую сравнивать измерения ранней и поздней Вселенной. «Этот процесс похож на космическое КТ-сканирование, где мы можем просматривать различные срезы космической истории и отслеживать, как материя скапливалась в разные эпохи. Это дает нам прямой взгляд на то, как гравитационное влияние материи менялось на протяжении миллиардов лет».

При этом ученые заметили небольшое несоответствие: комковатость или флуктуации плотности, ожидаемые в более поздние эпохи, не совсем соответствовали прогнозам. Они говорят, что сигма 8 (σ8), метрика, которая измеряет амплитуду флуктуаций плотности материи, является ключевым фактором, а более низкие значения σ8 указывают на меньшую комковатость, чем ожидалось, что может означать, что космические структуры не эволюционировали в соответствии с прогнозами моделей ранней Вселенной, и предполагать, что структурный рост Вселенной мог замедлиться способами, которые современные модели не полностью объясняют.

Такое небольшое несоответствие ожиданиям «недостаточно сильно, чтобы окончательно предложить новую физику — все еще возможно, что это отклонение является чисто случайным».

Если отклонение действительно не случайно, то некая неучтенная физика может играть роль, контролируя то, как структуры формируются и развиваются в течение космического времени. Одна из гипотез заключается в том, что темная энергия — таинственная сила, которая, как считается, управляет ускоряющимся расширением Вселенной — может влиять на формирование космических структур больше, чем считалось ранее.

В дальнейшем ученые будут работать с более мощными телескопами, такими как будущая обсерватория Саймонса, которая позволит уточнить эти измерения с большей точностью, что позволит получить более четкое представление о космических структурах.

Исследование опубликовано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.