Является ли Вселенная более горячей на одном конце, чем на другом?

Ученые уже давно наблюдают явный градиент в космическом микроволновом фоне, но до сих пор не смогли определить, насколько он реален или он просто так воспринимается. Исследователи из Университета Южной Калифорнии — USC (University of Southern California), похоже, нашли ответ на этот вопрос.

Наблюдаемая с Земли, Вселенная кажется немного более горячей с одного конца, чем с другого, по крайней мере, с точки зрения космического микроволнового фона (CMB — cosmic microwave background). Но вопрос, который волнует космологов, заключается в том, является ли этот дисбаланс в CMB реальным или это результатом эффекта Доплера.

Эффект Доплера — это кажущийся сдвиг в частоте электромагнитных волн из-за движения тел, быстро перемещающихся в пространстве. Это волны, такие как волны электромагнитного излучения, световые волны, рентгеновские лучи, микроволны и т.д. Те, которые движутся к наблюдателю, оказываются более высокими по энергии или более горячими, чем они есть на самом деле. Обратное верно для волн, отходящих от наблюдателя, которые выглядят холоднее.

Ученые, смотрящие на небо, видят, что пространство, находящееся «за Землей», становится холоднее, чем пространство впереди, но неясно, является ли это только эффектом Доплера или наблюдение истинной разницы в температуре CMB. Это загадка, которая сохраняется на протяжении десятилетий.

Так как CMB — оставшаяся энергия от Большого Взрыва — космологи предположили, что она рассеивается равномерно. Появление двух полюсов во Вселенной, должно поэтому быть результатом эффекта Доплера, являющегося результатом движения Солнечной системы, проходящей через пространство.

«Мы считаем, что одна сторона CMB только выглядит более теплой, потому что мы движемся к ней, а противоположная сторона выглядит холоднее, потому что мы отодвигаемся от нее», — говорят исследователи.

Астрофизики, измеряющие скорость солнечной системы относительно CMB, корректируют свои расчеты на основе этого предположения, как и космологи, изучающие Большой взрыв и условия вскоре после этого события.

Но это может быть ошибкой.

«Если в CMB существует собственный диполь, то есть если одна сторона на самом деле частично более горячая, чем противоположная, то скорость, которую мы назначаем Солнечной системе относительно CMB, была бы неправильной», — сказал профессор Ясини. Это повлияет на то, как ученые измеряют скорость отдаленных объектов, таких как галактики, и теория о том, что произошло через несколько мгновений после Большого взрыва, может быть неправильна.

Выполняя расчеты для другого, но связанного с этим исследования, Ясини и профессор физики и астрономии Пьерпаоли, обнаружили интересную деталь: частотный спектр CMB, усредненный по небу, будет отличаться, если диполь реальный, а не только отражает результат эффекта Доплера.

Другими словами, если CMB, по сути, реально более горячий на одном конце Вселенной, чем на другом, средняя температура, измеренная по всему небосклону, будет немного отличаться от того, если бы CMB был фактически однородным.

Выводы Ясини и Пьерпаоли позволят космологам провести следующее поколение исследований CMB, чтобы впервые определить характер диполя CMB, решая это сложную головоломку.

«Теперь, когда у нас есть математическая основа для нахождения ответа, остается просто сделать наблюдения», — сказал Пьерпаоли.

Если окажется, что часть диполя реальна, а не только является результатом эффекта Доплера, астрофизикам и астрономам придется пересмотреть все их измерения, чтобы получить более точное представление о наблюдаемой Вселенной.

Столь же важно, что космологи, изучающие Большой взрыв и условия в самой ранней Вселенной, будут иметь новые направления для изучения, чтобы понять, как и почему CMB рассеивается неравномерно, и как Вселенная стала такой, какая она есть сейчас.