Астрофизики предложили инновационный подход к верификации фундаментальной догмы современной космологии — постулата об однородности Вселенной на макроуровне. Применив новую методику к эмпирическим данным, учёные выявили признаки того, что данное упрощение может быть ошибочным. Подобное открытие, в случае его подтверждения, ознаменует переход к «новой физике», выходящей далеко за рамки стандартной космологической модели.
В исследовании интегрированы сведения о вспышках сверхновых и данные масштабных галактических обзоров. Цель работы — проверить жизнеспособность математической парадигмы, которой уже около столетия: космологии Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера (FLRW). Предварительные результаты указывают на наличие едва уловимых, но весьма примечательных расхождений с теорией.
«Мы зафиксировали неожиданное нарушение теста на кривизну в модели FLRW, что намекает на наличие фундаментальных процессов, не учтенных в Стандартной модели», — поясняет соавтор работы Аста Хейнесен, физик из Института Нильса Бора и Лондонского университета королевы Марии. Она отмечает, что постулат о постоянной кривизне пространства требует пересмотра: «Причины зафиксированного нами отклонения могут быть самыми разными, и для их верификации необходимы дополнительные изыскания».
Результаты исследования опубликованы в цикле из трёх статей на платформе arXiv. На данный момент работа проходит процесс научного рецензирования.
Ревизия фундаментальных основ
Современная космологическая картина базируется на принципе космологической однородности и изотропности: считается, что на гигантских масштабах материя распределена равномерно, а пространство единообразно во всех направлениях. Этот постулат лежит в сердце модели FLRW, являющейся опорой концепции «холодной тёмной материи с лямбда-членом».
Однако наблюдаемая реальность — это сложнейшая сеть галактик и колоссальных пустот (войдов). Хейнесен подчеркивает, что подобная гетерогенная структура делает применение модели FLRW недостаточно точным.
«В космологии FLRW пространство-время обладает свойством максимальной симметрии, — утверждает Хейнесен. — Однако реальные структуры, такие как скопления галактик и пустоты, требуют выхода за рамки столь идеализированных представлений».
В центре внимания исследователей оказались два механизма, способных искажать восприятие геометрии Вселенной. Первый — это эффект Дайера — Рёдера, возникающий из-за того, что свет от удаленных объектов проходит через разреженную межгалактическую среду. В результате наблюдатели могут недооценивать плотность материи, из-за чего космос кажется «пустее», чем есть на самом деле. Второй фактор — космологическая обратная связь, когда формирование крупномасштабных структур оказывает влияние на динамику расширения самой ткани пространства.
Новая методология исследования
Для проверки выдвинутых гипотез ученые применили тесты математической согласованности, используя расширенные версии классического метода Кларксона — Бассетта — Лу для сопоставления расстояний и темпов расширения.
Группой была разработана гибкая архитектура анализа, не опирающаяся исключительно на строгие рамки FLRW. С помощью машинного обучения (методов символической регрессии) исследователи реконструировали историю расширения Вселенной непосредственно на базе данных, избегая навязывания априорных теоретических моделей.
Интеграция данных каталога Pantheon+ (сверхновые) с результатами проекта DESI, картирующего миллионы галактик, позволила воссоздать динамику космоса. Также были учтены барионные акустические осцилляции — своего рода «эхо» звуковых волн, прошедших через раннюю плазму.
Полученные результаты выявили отклонения от предсказаний FLRW с уровнем статистической значимости 2–4 сигма. Хотя в научном мире «золотым стандартом» для открытия считается порог в 5 сигм, текущие данные уже намекают на то, что на расширение космоса влияют неучтенные факторы.
«Наше исследование впервые позволило напрямую измерить эффекты Дайера — Рёдера и обратной связи, отделив их от влияния других гипотез, например, динамической темной энергии или модифицированной гравитации, — подчеркивает Хейнесен. — В этом и заключается ключевое достижение нашей работы».
Перспективы и ограничения
Авторы призывают к осторожности: имеющиеся массивы данных всё еще ограничены, а методы машинного обучения требуют дополнительной калибровки. Тем не менее, значимость этих работ трудно переоценить.
Исследователи отмечают: если обнаруженные аномалии подтвердятся, это поставит под угрозу большинство существующих теорий, призванных разрешить космологические противоречия, так как все они базируются на модели FLRW.
В ближайшем будущем команда намерена применить разработанный теоретический инструментарий к новым, более точным массивам данных. Это позволит либо окончательно подтвердить соответствие Вселенной стандартной космологической парадигме, либо открыть дверь к принципиально новому пониманию эволюции нашего мира.
