Искажённые звуки ранней Вселенной указывают, что мы живём в гигантской пустоте

Барионные акустические осцилляции — это «звук» Большого взрыва. Автор: Габриэла Секара, Perimeter Institute, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a>

Глядя на ночное небо, может показаться, что наша космическая окрестность заполнена планетами, звёздами и галактиками. Однако учёные давно предполагают, что в нашем окружении может быть гораздо меньше галактик, чем ожидалось.

Фактически, похоже, мы живём в гигантской космической пустоте, где плотность материи примерно на 20% ниже средней.

Не все физики согласны с этой гипотезой. Но наше недавнее исследование, опубликованное в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, анализирует искажённые звуки ранней Вселенной и подтверждает эту идею.

Современная космология переживает кризис, известный как «напряжение Хаббла»: локальная Вселенная расширяется примерно на 10% быстрее, чем предсказывает стандартная модель космологии Lambda-Cold Dark Matter (ΛCDM).

Мы можем детально наблюдать раннюю Вселенную через реликтовое излучение (CMB), оставшееся с тех времён, когда Вселенная была в 1100 раз меньше, чем сейчас. Звуковые волны в ранней Вселенной создавали области с разной плотностью и температурой.

Изучая флуктуации температуры CMB на разных масштабах, мы можем «услышать» звуки ранней Вселенной, которые особенно «шумные» на определённых масштабах. Эти колебания, называемые «барионными акустическими осцилляциями» (BAO), стали основой для формирования галактик и других структур.

Иллюстрация, показывающая, что чуть больше галактик сформировалось вдоль «ряби» первичных звуковых волн (отмечены синим). Затем кольца галактик растянулись вместе с расширением Вселенной. Другие галактики затемнены для наглядности. Автор: NASA

Измеряя эти паттерны, астрономы могут определить, как галактики распределены на разных расстояниях (красных смещениях). Особенно заметный паттерн возникает на угловом масштабе BAO, что помогает изучать историю расширения Вселенной.

В предыдущих работах мы предположили, что «напряжение Хаббла» может объясняться нахождением внутри крупной пустоты. Из-за меньшей плотности материи внутри неё, вещество гравитационно притягивается к более плотным областям снаружи, создавая эффект ускоренного расширения.

В новом исследовании мы проверили эту гипотезу, используя данные BAO за последние 20 лет. Результаты показали, что модель с пустотой соответствует наблюдениям в 100 миллионов раз лучше, чем стандартная модель.

Статистическая значимость составляет 3,8 сигма — это эквивалентно тому, что монета выпадет орлом 13 раз подряд. В то же время, модель с пустотой объясняет данные гораздо естественнее.

В будущем точные измерения BAO на малых красных смещениях помогут уточнить эту гипотезу. Другие методы, такие как изучение возраста старых звёзд в Млечном Пути, также прольют свет на космологический кризис.

Подробнее: Indranil Banik et al, Testing the local void hypothesis using baryon acoustic oscillation measurements over the last 20 yr, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf781

Источник: The Conversation