Новая математическая модель объясняет влияние коллапсирующей материи и расширяющихся пустот на эволюцию Вселенной

График представляет новую модель с осями x и y, показывающими минимальные размеры коллапсирующих и расширяющихся областей, которые могут влиять на космологические измерения. Контуры представляют независимые наборы данных. Автор: доктор Леонардо Джиани

Исследователь из Университета Квинсленда разработал новую математическую модель для объяснения эволюции Вселенной, которая впервые включает коллапсирующие области материи и расширяющиеся пустоты.

Доктор Леонардо Джиани и команда Школы математики и физики UQ использовали данные спектроскопического прибора темной энергии (DESI), который проводит измерения Вселенной на расстоянии до 11 миллиардов световых лет. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

«Эта новая модель может изменить то, как физики и космологи смотрят на Вселенную», — заявил доктор Джиани.

«Стандартная модель, описывающая Вселенную от Большого взрыва до сегодняшнего дня, предполагает частицы материи одинакового размера, не взаимодействующие друг с другом».

«Но в реальности мы видим, что существуют звезды, черные дыры, скопления галактик и пустые области, постоянно взаимодействующие посредством сил, таких как гравитация, не учитываемых стандартной моделью».

«В течение 30 лет ученые пытались объяснить, что происходит по мере расширения этой сложной Вселенной, и было множество экзотических попыток найти решения».

«Мы знаем, что пустоты и коллапсирующие области существуют, но мы не знали, как вычислить их влияние на измерения».

«Моя модель дает рецепт для вычисления этого без необходимости в новой физике».

«Эта структура использует простые математические термины для описания того, как появление сложных структур во Вселенной влияет на наши космологические измерения».

Команда доктора Джиани поставила задачу определить минимальный размер пустоты, необходимый для влияния на измерения (называемый R_v), а также минимальный размер кластера (называемый R_c).

Независимые наборы данных, включая данные DESI, были нанесены на график с осями x и y, показывающими минимальные размеры коллапсирующих и расширяющихся областей, которые могут влиять на космологические измерения.

«Стандартная модель Вселенной должна показывать, что все эти контуры наборов данных перекрываются в правом верхнем углу, где размеры расширяющихся и сжимающихся областей были бы слишком большими для их существования», — объяснил доктор Джиани.

«Вместо этого они перекрываются в другой области, что указывает на то, что большие космические пустоты могут быть ответственны за аномальное поведение, наблюдаемое в данных».

Доктор Джиани отметил, что новая модель также решает две самые большие проблемы современной космологии — напряжение Хаббла и свидетельства динамической темной энергии.

Напряжение Хаббла — это расхождение между двумя методами расчета скорости расширения Вселенной, в то время как динамическая темная энергия — это теория, утверждающая, что энергия не постоянна, а изменяется или ослабевает со временем.

«Наша модель обладает достаточной глубиной, чтобы решить обе эти проблемы», — заявил доктор Джиани.

«Если предположить, что темная энергия ослабевает, и затем попытаться вывести из этих данных, насколько быстро расширяется Вселенная, вы получите еще более низкое измерение скорости расширения Вселенной — решения одной проблемы создают другую».

«В нашей модели любое ослабление энергии — это просто детальный учет того, как выглядит Вселенная сегодня, она ведет себя так, как будто ослабевает, но может и не ослабевать».

«На нашем графике зеленая область — это регион, где напряжение Хаббла разрешено».

«По сути, когда мы спросили, проявляется ли сложность Вселенной в данных DESI, результат показал, что это так, и наша структура может объяснить все наблюдения».

Больше информации: Leonardo Giani et al, Novel Approach to Cosmological Nonlinearities as an Effective Fluid, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/zr92-m7py. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2410.15295

Источник: University of Queensland