Дослідження, результати якого оприлюднені в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), представляє методику перевірки припущення про космічну однорідність та ізотропію, відомого як космологічний принцип. Це можна зробити завдяки використанню ефекту слабкої гравітаційної лінзи, тобто спотворення світла, описаного загальною теорією відносності, на астрономічних зображеннях, отриманих новими обсерваторіями, такими як космічний телескоп «Евклід» (Euclid Space Telescope). Пошук доказів аномалій у космологічному принципі може мати глибокі наслідки для нашого нинішнього розуміння Всесвіту.

«Космологічний принцип — це найкращий приклад покори», — пояснив Джеймс Адам (James Adam), астрофізик із Західно-Капського університету в Кейптауні (Південна Африка) і перший автор нової статті. Згідно з космологічним принципом, ми перебуваємо не тільки не в центрі Всесвіту, але й не існує такого центра.

Ще одне припущення, подібне до однорідності, але відмінне від нього, полягає в тому, що Всесвіт також ізотропний, тобто не має бажаних напрямків. Ці припущення лежать в основі Стандартної моделі космології, теоретичної основи, яку науковці застосовують для пояснення походження, еволюції та поточного стану Всесвіту. Нині це найнадійніша і послідовна модель, перевірена численними науковими спостереженнями, хоча ще не досконала.

Фактично, деякі нещодавні космологічні спостереження свідчать про те, що у надзвичайно великих масштабах можуть існувати анізотропії — зміни в структурі Всесвіту, які ставлять під сумнів припущення про ізотропію.

Ці аномалії виявлено за допомогою різних методів. До цих аномалій відносять суперечливі вимірювання швидкості розширення Всесвіту, дослідження фонового космічного мікрохвильового випромінювання та різні невідповідності в космологічних даних. Однак ці спостереження ще не остаточні.

Щоб бути впевненим, що помилок вимірювання немає, треба зібрати більше даних за допомогою незалежних методів. Якщо кілька методів підтвердять ті самі аномалії, їхню наявність стане набагато важче відкинути.

У новому дослідженні Дж. Адам і його колеги розробили новий метод для перевірки ізотропії Всесвіту за даними спостережень, отриманими таким приладом, як «Евклід». «Евклід» — це космічний телескоп Європейського космічного агентства, запущений у 2023 році. Він отримує зображення космосу з безпрецедентною проникною силою, точністю та роздільною здатністю.

«Ми досліджували інший метод обмеження анізотропії, який враховував так зване слабке гравітаційне лінзування», — сказаве Адам. Слабке лінзування виникає тому, що матерія між нами та далекою галактикою трохи заломлює світло галактики, змінюючи її видиму форму. Цей специфічний тип спотворення можна використати для виявлення того, чи є анізотропія у Всесвіті.

Насправді аналіз даних слабкого лінзування дає змогу науковцям розділити сигнал на два компоненти: зміщення E-мод, яке виникає через розподіл матерії в ізотропному та однорідному Всесвіті, і зміщення B-мод, що зазвичай дуже слабке і не має виникати у великих масштабах в ізотропному Всесвіті.

Простого спостереження B-мод у великих масштабах є недостатнім для підтвердження анізотропії, бо ці сигнали дуже слабкі й можуть бути результатом помилок вимірювань або вторинних ефектів.

Якщо анізотропія є реальною, вона впливатиме як на E-моди, так і на B-моди незалежним чином, створюючи кореляцію між двома сигналами. Тільки якщо в даних від «Евкліда» буде виявлено значну кореляцію між E- і B-модами, це приведе до припущення про анізотропне розширення Всесвіту.

Наступні кроки та можливі наслідки

У дослідженні Адам і його колеги змоделювали вплив анізотропного розширення Всесвіту на комп’ютері та розробили модель, що описує, як відхилення від ізотропії змінюють слабкий сигнал гравітаційної лінзи.

Потім вони розрахували взаємну кореляцію (крос-кореляцію) E–B, щоб показати, що в анізотропному Всесвіті буде кореляція між двома сигналами. Далі науковці застосували свою модель до майбутніх даних від «Евкліда», показавши, що ці спостережні дані будуть достатньо точними для виявлення потенційних анізотропій.

«Евклід» вже отримує корисні дані для цих аналізів, і незабаром з’являться нові обсерваторії. Тепер, коли розроблено відповідну методику, Адам і його колеги мають намір застосувати її до реальних даних.

«Після того, як ви чотири рази перевірили свою роботу, ви маєте серйозно подумати, чи це фундаментальне припущення насправді правдиве чи ні, особливо в пізньому Всесвіті. Або, можливо, воно просто ніколи не було істинним», — пояснив Адам.

Якщо ці аномалії підтвердяться, вони відкриють нову главу в космології. Однак це буде нелегко: уже існують альтернативні теоретичні моделі, які передбачають анізотропії, але жодна з них не є такою надійною чи широко прийнятною, як Стандартна модель.

Однак будь-який теоретичний перегляд також залежатиме від ступеня анізотропії, яку можна виявити. А якою вона може бути — досі не визначено. «Це може бути серйозний перегляд, — підсумував Адам, — або просто додавання невеликого значення тут чи там. Хтозна?!»

За інф. з сайту https://phys.org