Одно из основных космологических предположений заключается в том, что Вселенная выглядит более или менее одинаково во всех направлениях, если смотреть достаточно далеко. Однако последние исследования, проведенные с помощью космических обсерваторий Chandra и XMM-Newton, подрывают это предположение.
Используя данные, собранные в рентгеновском диапазоне, астрономы проанализировали сотни скоплений галактик, самых больших гравитационных структур во вселенной, и проверили, как их внешний вид изменяется в зависимости от их расположения на небе.
Одним из столпов космологии - области науки, связанной с историей и судьбой всей Вселенной, - является то, что Вселенная "изотропна", то есть одинакова во всех направлениях, - говорит Константинос Мигкас из Боннского университета в Германии. Однако наша работа доказывает, что в этом столбе есть несколько трещин.
Как правило, астрономы соглашаются, что со времен Большого взрыва Вселенная постоянно расширяется. Простыми словами, все объекты во Вселенной удаляются друг от друга. Если материя во Вселенной более или менее равномерно распределена, все процессы должны быть примерно одинаковыми во всех направлениях. Последние результаты, однако, указывают на другое.
Основываясь на наших наблюдениях за скоплениями галактик, мы обнаружили различия в скорости расширения Вселенной в зависимости от того, на какую часть Вселенной мы смотрели, - говорит Геррит Шелленбергер из Гарвардского центра астрофизики. Это противоречит самым основным положениям космологии.
Ученые ранее провели много исследований, чтобы определить, одинакова ли Вселенная во всех направлениях. Для этого использовались наблюдения взрывающихся звезд и инфракрасных галактик. Некоторые из них указали, что Вселенная изотропна, а некоторые отрицали это.
Тем не менее, последние исследования использовали новую инновационную и независимую методику. Она основана на связи между температурой горячего газа, заполняющего кластеры галактик, и количеством излучаемого рентгеновского излучения. Чем выше температура газа в скоплении галактик, тем ярче должна быть галактики в рентгеновском диапазоне. После измерения газа в скоплении его яркость можно оценить в Х-диапазоне. Поэтому этот метод не зависит от космологических значений, таких как скорость расширения Вселенной.
Оценив таким образом яркость рентгеновских лучей кластеров, ученые рассчитали уровень яркости, используя другой метод, который зависит от космологических значений, включая скорость, с которой расширяется Вселенная. Таким образом, ученые получили видимые скорости расширения Вселенной для всего неба. Оказалось, что в некоторых направлениях Вселенная удаляется от нас быстрее, чем в других.
После сравнения результатов с результатами других исследований, проведенных другими исследовательскими группами, которые также указали на неизотропную природу Вселенной, выяснилось, что они согласны с направлением, в котором Вселенная расширяется медленнее всего.
Авторы нового исследования пришли к выводу, что есть два возможных объяснения полученных результатов.
Один из них указывает на то, что большие группы скоплений галактик могут двигаться вместе, а не из-за расширения Вселенной. Например, возможно, что некоторые близлежащие скопления тянутся в одном направлении под действием силы тяжести групп других скоплений галактик. Если это движение быстрое, это может привести к ошибкам в оценке яркости кластера. Этот вид группового движения может создать впечатление, что темпы расширения вселенной отличаются в данном направлении. Астрономы видели подобные эффекты с относительно близкими галактиками, расположенными на расстоянии менее 850 миллионов световых лет, где гравитационное притяжение, безусловно, контролирует движение объектов. Тем не менее, исследователи ожидали, что скорость расширения Вселенной будет доминировать в движении кластеров, разбросанных по большей территории, до 5 миллиардов световых лет.
Второе возможное объяснение состоит в том, что Вселенная на самом деле не расширяется с одинаковой скоростью во всех направлениях. Это может быть вызвано, например, неоднородностью темной энергии - таинственной силы, которая отвечает за ускорение расширения Вселенной. Другими словами, рентгеновские лучи могут указывать на то, что темная энергия сильнее в одних частях Вселенной, чем в других, и, следовательно, вызывает неравномерное ее расширение.
Каждое из этих двух космологических объяснений может иметь значительные последствия. Многие космологические исследования, включая рентгеновские галактические исследования, основаны на предположении, что Вселенная изотропна.
Для своих исследований ученые использовали выборку из 313 скоплений галактик, из которых 237 были обнаружены космической обсерваторией Chandra в течение 191 дня наблюдений, а 76 - космическим телескопом XMM-Newton, наблюдавшим их в течение 35 дней. Приведенные выше данные были объединены с двумя другими рентгеновскими данными, включая данные телескопов XMM-Newton и ASCA. Следовательно, 842 различных скоплений галактик были включены в исследование.
Источник: ESA / Chandra X-ray Observatory
