Вселенная началась с сильного и поразительного взрыва, ее тело было плотным и туманным оранжевым, когда плазма пузырилась с огромным количеством тепла. В этом ярком море, которое было началом всего, протоны и электроны вступили в контакт, чтобы создать ослепительное свечение, сильно отличающееся от темного неба, которое мы видим сегодня. Лишь в 380 000 лет спустя первые атомы начали образовываться при более низких температурах, что позволило родить водород и гелий, которые в конечном итоге уступили бы звездам, прекрасным точкам света во вселенной, где углерод, кислород и железо сделано. То есть, оглядываясь на бурное, яркое начало всего этого, все сильно отличалось от более холодного и укрощенного пространства, в котором мы живем сегодня.
Отмеченная энергия называется CMB или космическим микроволновым фоном. Это излучение довольно равномерное, обычно колеблется не более 20 микрокельвин в любой точке на карте. В то время как это было палящее 3000 градусов Кельвина, когда атомы впервые сформировались, более 13 миллиардов лет расширения оставили его ближе к 2,725 градусам выше абсолютного нуля (-454 градуса по Фаренгейту или -270 по Цельсию) по всему космосу. Расширение также привело к тому, что длины волн света сместились от инфракрасного к микроволновому, оставив космическое пространство прозрачным и по-настоящему черным для человеческого глаза. Но есть область CMB, называемая Cold Spot, которая отклоняется гораздо больше, чем обычные 20 микрокельвин. На самом деле, он на 150 микрокельвин холоднее среднего и охватывает миллиард световых лет.
Вплоть до начала 2017 года одна из ведущих теорий о причине «холодного пятна» была связана с супервоидами. Пустоты в космосе не совсем пусты; они могут содержать несколько галактик сами, но они гораздо менее плотные, чем окружающие области. Вокруг пустот галактики соберутся в огромных стенах, известных как сверхскопления - самые большие объекты во вселенной. Материя затем обращается к этим структурам и удаляется от пустых карманов, которые мы знаем как космические пустоты. Холодное пятно могло образоваться, когда излучение CMB проходило через одну из супервоидов, а затем на его свойства влиял эффект ISW. Это создало бы впечатление, что холодное пятно существовало, когда его там действительно не было. Эффект ISW (Integrated Sachs-Wolfe) имеет отношение к фотонам, проходящим через богатые материей или недостающие области пространства. Когда фотон приближается к области, богатой материей, он будет получать больше энергии от силы тяжести материи. Поскольку расширение ослабит гравитационное притяжение плотной области материи к моменту ухода фотона, фотон получит прирост энергии, и мы увидим это на CMB как увеличение температуры. Напротив, когда фотоны попадают в пустоту, они теряют энергию, потому что богатые материей области оттягивают их назад. В то время как они должны возвращать энергию, когда уходят, расширение делает пустоту больше, когда фотоны пробиваются через них, и поэтому в конечном итоге им остается меньше энергии, и эта область CMB выглядит намного прохладнее. Поскольку расширение ослабит гравитационное притяжение плотной области материи к моменту ухода фотона, фотон получит прирост энергии, и мы увидим это на CMB как увеличение температуры. Напротив, когда фотоны попадают в пустоту, они теряют энергию, потому что богатые материей области оттягивают их назад. В то время как они должны возвращать энергию, когда уходят, расширение делает пустоту больше, когда фотоны пробиваются через них, и поэтому в конечном итоге им остается меньше энергии, и эта область CMB выглядит намного прохладнее. Поскольку расширение ослабит гравитационное притяжение плотной области материи к моменту ухода фотона, фотон получит прирост энергии, и мы увидим это на CMB как увеличение температуры. Напротив, когда фотоны попадают в пустоту, они теряют энергию, потому что богатые материей области оттягивают их назад. В то время как они должны возвращать энергию, когда уходят, расширение делает пустоту больше, когда фотоны пробиваются через них, и поэтому в конечном итоге им остается меньше энергии, и эта область CMB выглядит намного прохладнее.
Таким образом, теория супервоидов была основана на том, что фотоны CMB теряют энергию, когда они проходят через пустоту, в результате чего эта область карты выглядит холодной.
Эта теория была впервые предложена в 2006 году, и, похоже, она получила доказательства, поскольку в 2015 году исследование, проведенное в Гавайском университете , показало, что в пустотах 1,8 миллиарда световых лет в направлении Холодного пятна. Однако с тех пор у других команд возникли проблемы с воспроизведением этих результатов. В исследовании 2017 годатеория супервоидов была опровергнута исследовательской группой из Университета Дарема, которая провела исследование красных смещений и смогла нанести на карту 7000 галактик в направлении Холодного пятна. Исследование выявило 3 большие пустоты - и, возможно, четвертую - но даже эти пустоты снизили бы температуру только на 32 микрокельвина, а не на 150 микрокельвинов, наблюдаемых в холодной точке. Исследование, проведенное в Университете Дарема (под руководством Руари Маккензи и Тома Шэнкса), собрало данные спектроскопии, которые считаются более точными, чем фотометрические данные, собранные командой из Гавайского университета.
Если это не супервоид, вызывающий эту аномалию в CMB, что это?
Это может быть просто шанс. Согласно моделированию, такое место, как наблюдаемое, может случиться с 1 в каждых 50 вселенных, что означает, что мы можем просто существовать в довольно особенной вселенной. В работе Маккензи и Шанкса шансы такой холодной области равны 1–2% в соответствии с нашей стандартной моделью космологии.
Но есть более захватывающая теория, которая не была исключена: теория мультивселенной. Эта конкретная идея о мультивселенной происходит от инфляции, момент вскоре после Большого взрыва, когда вселенная быстро и невероятно увеличилась в размерах, процесс, который ученые используют для объяснения внушающего страх размера и формы вселенной, которую мы видим сегодня.
Многие версии инфляции говорят, что она вечна. Как только он начинается, он продолжается вечно, за исключением маленьких карманов. Наша вселенная была бы примером одного из маленьких карманов - или пузырьков - где остановилась инфляция. Эти нормальные вселенные проистекают из инфляции, когда они имеют стабильную вакуумную энергию. В этот момент он начнет расширяться с нормальной скоростью. Если рано в нашей вселенной пузырь столкнулся с другим пузырем, он мог бы оставить след в CMB, или в том, что мы считаем Холодным Пятном. Эти две вселенные сливаются, как только они сталкиваются, и они будут обмениваться энергией. В зависимости от того, как далеко от нас произошло слияние, оно может выглядеть как холодная или горячая точка на карте CMB.
По словам профессора Тома Шэнкса, «самое безумное звучание экзотических моделей объяснения Холодного Пятна, мультиверса, на самом деле является самым стандартным с точки зрения нашей нынешней модели вселенной».
Одна из критических замечаний против теории мультивселенной заключается в том, что вселенная, вероятно, намного больше, чем мы осознаем. Это делает невероятно малыми шансы столкновения другой вселенной с нами в наблюдаемой части неба. Тогда есть вероятность человеческой ошибки. Из-за статистических алгоритмов, необходимых для измерения вариаций в CMB, аномалии могут быть вызваны зашумленными данными. Дальнейшее наблюдение и анализ данных, в частности, со спутника Планка, будут поддерживать или опровергать теории о «холодном пятне» в будущем.
Пока что мы существуем без ответов, выглядывая на излучение вокруг нас и размышляя, что могло образовать это прохладное, скрывающееся пятно. Независимо от того, вызван ли он мультивселенной или нет, он излучает тайну и вызов нашей современной космологической модели. Хотя он дает нам гораздо больше вопросов, чем ответов, он также дает волю нашему воображению, предоставляя нам невероятную возможность, что да, может быть, мы не одиноки в конце концов.
