Внезапно, но есть весьма не иллюзорная вероятность, что мы станем свидетелями смены основной космологической парадигмы об эволюции вселенной.
На сегодняшний день, доминирует теория одноразовой квантовой вселенной. В 1981 году Алан Гут предложил объяснение Большого взрыва через антигравитационное поле - инфлатон (от слова инфляция). Это поле обеспечило ускоренное расширение вселенной из точки сингулярности. Теория была поддержана в научном сообществе так как позволяла не беспокоиться о растущей энтропии и предлагать бесконечное число моделей вселенной, изменяя только начальные характеристики инфлатона. По мнению Гута, дав изначальный толчок к расширению, инфлатон должен исчезнуть из наблюдений, а вселенная продолжит расширяться только по инерции. Но в 1998 г было экспериментально доказано, что вселенная продолжает расширяться с ускорением. Для объяснения этого факта пришлось придумать вводить темную энергию, природа которой до сих пор абсолютно непонятна.
Главным конкурентом одноразовой квантовой вселенной выступает теория о циклической пульсирующей вселенной. Именно она в этом году получила сразу два наблюдательных подтверждения в свою копилку.
Теория циклической вселенной была доминирующей до 70х годов ХХ века. Еще в 1922 году российский математик Фридман, опираясь на решение общей теории относительности, рассчитал период пульсации в 10 млрд лет.
Сторонник цикличности Георгий Гамов предполагал, что изначально раскаленная вселенная испытала упругий отскок от точки близкой к сингулярности и продолжила расширяться. Противоположное мнение об изначально холодной вселенной было опровергнуто в 1965 году открытием реликтового излучения.
Циклическая космология прекрасно объясняет процесс обратного преобразования тяжелых элементов, образующихся в звездах, в водород. Так же в теорию изящно вписывается уже доказанный факт изначального горячего состояния вселенной.
В чем сложности циклической теории? Во-первых, она не дает ответа как материи удается избежать бесконечного гравитационного сжатия близ сингулярности. Во-вторых, почему в итоге вселенная получается однородной и изотропной. В-третьих, какова природа Большого взрыва и темной материи. И последнее - как объяснить уменьшение энтропии при сжатии?
В начале 2024 года были опубликованы сразу две важные космологические работы. Они описывают наблюдения, выступающие в качестве аргументов в пользу теории циклической вселенной.
Первая статья посвящена обнаружению темного скопления, состоящего из ~60 старых звезд возрастом около 12 млрд лет. Скопление названо Большая Медведица 3/U1, и является спутником Млечного пути. Важность открытия состоит в том, что темное скопление свидетельствует в пользу предположения о природе темной материи, состоящей из черных дыр.
После открытия гравитационных волн в 2016г было высказано предположение, что темная материя может полностью состоять из черных дыр. До этого единственным способом их обнаружения было гравитационное линзирование. Недостаток наблюдаемого линзирования стал основанием предполагать, что черных дыр слишком мало и они распределены относительно равномерно.
Если темная материя состоит из черных дыр, они должны собираться в скопления в гало галактик и иметь возраст соответствующий возрасту скоплений звезд. Для метода гравитационного линзирования подобные кластеры дыр не видны. Но теперь, обнаруженное старое темное скопление подтверждает возможность существования кластеров черных дыр, которые способны составлять темную материю. А это является веским аргументом в пользу цикличной модели вселенной.
Второе удивительное открытие было сделано в начале этого года группой астрофизиков под руководством Кашлинского. И еще более странным его делает случайность, потому что исследователи занимались поиском совершенно других данных.
Интрига создана, а теперь к сути) Постараюсь объяснить максимально просто.
Реликтовое излучение имеет разную температуру, зависящую от направления (на 0,12% горячее в направлении созвездия Льва). Эта картина термического отклонения называется диполь и объясняется движением солнечной системы сквозь фон реликтового излучения. Это важно, потому что если наша вселенная действительно изотропна, любые другие древние космические лучи должны показывать ровно такое же отклонение.
И вот команда Кашлинского совершенно случайно обнаружила, что диполь гамма излучения не совпадает с диполем реликтовых лучей. При чем разница настолько большая, что по сути гамма диполь находится в другом полушарии космических координат. Кроме того, имеет отклонение по амплитуде в 10 раз превышающее ожидаемое.
Это значит, что теперь изотропность вселенной под большим вопросом. Если связать это открытие с другими наблюдениями - совпадение гамма диполя с точкой минимума напряженности постоянной Хаббла и избегания осей галактик направления на Южный полюс мира (центр вселенной), то все эти факты поразительно вписываются в теорию циклической вселенной.