Ученые представили методику проверки Космологического принципа, который предполагает, что Вселенная однородна и изотропна, то есть в больших масштабах она одинакова в любой своей части и не меняется при изменении направления наблюдения. Астрофизики предложили проверить Космологический принцип с помощью наблюдения гравитационного линзирования, которое может провести космический телескоп ESO Euclid.
Поиск аномалий Космологического принципа может иметь глубокие последствия для нашего понимания Вселенной. Если однородность и изотропность нарушаются, то в разных частях Вселенной могут действовать разные физические законы.
Астрофизики представили методику проверки Космологического принципа, который предполагает, что Вселенная однородна и изотропна, то есть в больших масштабах она одинакова в любой своей части и не меняется при изменении направления наблюдения. Астрофизики предложили проверить Космологический принцип с помощью наблюдения гравитационного линзирования, которое может провести космический телескоп ESO Euclid.
«Космологический принцип — это как бы высшее проявление смирения», — объясняет Джеймс Адам, астрофизик из Университета Западного Кейпа (Кейптаун, ЮАР) и ведущий автор новой работы. — «Согласно Космологическому принципу, мы не только не находимся в центре Вселенной, но и истинного центра у нее не существует».
Другое предположение, близкое к однородности, но отличное и независимое от нее, заключается в том, что Вселенная — изотропна, то есть у нее нет выделенных направлений, куда бы мы ни смотрели, мы видим в больших масштабах одно и то же.
Эти предположения лежат в основе Стандартной модели космологии — теоретической основы, используемой для объяснения происхождения, эволюции и современного состояния Вселенной. В настоящее время это самая надежная и последовательная модель, подтвержденная многочисленными научными наблюдениями, хотя и не совершенная.
Нарушения космологического принципа
Некоторые недавние космологические наблюдения указывают на то, что на чрезвычайно больших масштабах в структуре Вселенной могут существовать анизотропии — выделенные направления, которые опровергают предположение об изотропии.
Эти аномалии были выявлены с помощью различных методов и включают в себя противоречия отмеченные в измерении скорости расширения Вселенной, исследования космического микроволнового фонового излучения и некоторые другие несоответствия в космологических данных. Однако эти наблюдения еще не являются окончательными.
Чтобы исключить ошибки измерений, необходимо собрать больше данных с помощью независимых методик. Если несколько методик подтвердят одни и те же аномалии, их существование станет гораздо сложнее отвергнуть.
Как проверить Космологический принцип
В новом исследовании, опубликованном в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (и размещенном на сайте arxiv), Адам и его коллеги разработали новую методику проверки изотропии Вселенной с помощью наблюдений, проводимых такими приборами, как ESO Euclid.
Euclid — это космический телескоп ESO, запущенный в 2023 году, который только что начал создавать изображения космоса с беспрецедентной глубиной и разрешением.
Адам говорит: «Слабое линзирование происходит потому, что материя между нами и далекой галактикой слегка искривляет свет галактики, изменяя его видимую форму. Этот специфический тип искажения может показать, существуют ли во Вселенной анизотропии».
Анализ данных о слабом линзировании позволяет ученым разделить сигнал на две составляющие: сдвиг в режиме E, который порождается распределением материи в изотропной и однородной Вселенной, и сдвиг в режиме B, который обычно очень слаб и не должен проявляться на больших масштабах в изотропной Вселенной.
Простого наблюдения В-мод на больших масштабах недостаточно для подтверждения анизотропии, поскольку эти сигналы очень слабы и могут быть результатом ошибок измерений или вторичных эффектов.
Если анизотропия реальна, она будет влиять на Е-моды и на В-моды независимым образом, порождая корреляцию между этими двумя сигналами. Если данные Euclid обнаружат значительную корреляцию между E- и B-модами, это будет свидетельствовать об анизотропном расширении Вселенной, то есть Вселенная расширяется в одних направлениях быстрее, чем в других.
Гравитационное линзирование
Снимок далекой галактики, сделанный телескопом «Хаббл» Космический телескоп Евклид увидел кольцо Эйнштейна Эффект гравитационного линзирования: что это такое и как его использует Джеймс Уэбб
Если эти аномалии подтвердятся, они откроют новую главу в космологии. Однако подтвердить это будет нелегко: уже существуют альтернативные теоретические модели, предсказывающие анизотропии, но ни одна из них не является такой же надежной и общепризнанной, как Стандартная космологическая модель.