Земля може бути в гігантській космічній бульбашці

Земля, можливо, розташована всередині величезної космічної порожнечі, що змінює уявлення про швидкість розширення Всесвіту.

Науковці дедалі впевненіше припускають, що наше положення у Всесвіті не є типовим. Нові дослідження свідчать: ми можемо перебувати всередині регіону з нижчою густиною матерії, діаметром близько 300 мільйонів світлових років. Така структура має назву “KBC-порожнеча” — за іменами її відкривачів, Кеена, Бенуа та Коллі. «Вчені давно підозрюють, що навколо нас менше галактик, ніж очікувалося», — зазначає астрофізик Індраніл Банік.

Космічна аномалія: напруженість Габбла

У центрі уваги дослідників — одна з найгостріших проблем сучасної космології: розбіжність між двома способами вимірювання швидкості розширення Всесвіту. Цей феномен, відомий як напруженість Габбла, полягає в тому, що локальні вимірювання вказують на швидше розширення, ніж передбачає стандартна модель. «Криза, відома як напруженість Габбла: локальний всесвіт розширюється приблизно на 10% швидше, ніж очікувалося», — пише Банік.

Стандартна космологічна модель (?CDM) передбачає, що Всесвіт є однорідним на великих масштабах. Проте, якщо ми знаходимося у порожнечі, то спостережувані швидкості розширення можуть бути штучно підвищеними. Причина — матерія навколо нас слабше стримує розширення, ніж у середньому по космосу. Це створює ілюзію більш високої швидкості.

Слухаючи звук раннього Всесвіту

Ключ до перевірки цієї гіпотези — у вивченні баріонних акустичних коливань (БАК), які є залишками звукових хвиль у ранньому Всесвіті. Приблизно через 380 000 років після Великого вибуху ці хвилі “замерзли” і залишили після себе структури, які астрономи виявляють через скупчення галактик. «Ці хвилі залишили після себе патерни, які астрономи можуть виявити і сьогодні», — пояснює Банік.

Команда науковців проаналізувала 42 вимірювання відстаней на основі БАК, використовуючи дані Sloan Digital Sky Survey та інструмента DESI. Результати показали, що моделі, які враховують порожнечу, значно краще узгоджуються зі спостереженнями, ніж традиційна модель. Вони знижують статистичну розбіжність із 3,3 сигми до лише 1,1–1,4 сигми.

«Ймовірність того, що всесвіт без порожнечі відповідає цим даним, еквівалентна чесному падінню монети решкою 13 разів поспіль», — наголошує Банік. Це означає, що стандартна модель без урахування локального середовища виглядає малоймовірною.

Просте пояснення без нової фізики

Замість того щоб змінювати всю фізику, теорія порожнечі пропонує геометричне пояснення космічної розбіжності. Якщо ми знаходимось у великій порожнечі, вимірювання швидкості розширення зсередини даватимуть вищі значення. І водночас — це не суперечить даним з мікрохвильового фону, який формується на великих масштабах.

Іншими словами, локальні особливості простору можуть викривляти наші спостереження, не заперечуючи при цьому основні принципи загальної теорії відносності. Це знімає потребу у введенні нових частинок чи темної енергії з нестандартною поведінкою.

«Розріджена кількість матерії в порожнечі буде гравітаційно притягатися до більш щільної матерії за її межами», — пише Банік, пояснюючи механізм утворення зовнішнього потоку. Такий потік створює ілюзію пришвидшеного локального розширення.

Підтвердження з різних джерел

Інші астрономічні дослідження, незалежно від цього аналізу, також виявляють аномалії. Зокрема, кількість галактик у нашому регіоні менша, ніж передбачено теорією, що підтверджується у рентгенівському, оптичному та інфрачервоному діапазонах. Навіть найсучасніші спостереження з DESI підтримують цю концепцію.

Модель порожнечі не була “підігнана” під результати — вона базується на попередніх даних про щільність галактик та локальні вимірювання. Це зміцнює її фізичну обґрунтованість.

«У майбутньому буде вкрай важливо отримати більш точні вимірювання BAO при низькому червоному зміщенні», — підкреслює Банік. Саме такі вимірювання дозволять остаточно перевірити, чи порожнеча справді впливає на результати.

Наслідки для космології

Підтвердження теорії порожнечі означатиме, що ми живемо у космічно особливому регіоні, який змінює наші локальні спостереження. Це дозволить зберегти ?CDM-модель без радикального її перегляду. Така інтерпретація, якщо вона підтвердиться, стане найпростішим поясненням напруженості Габбла, що уникне гіпотетичних ускладнень.

Попри це, остаточні висновки поки передчасні. Потрібні подальші спостереження, зокрема за допомогою наступного покоління телескопів. Але вже зараз теорія космічної порожнечі є одним з найпереконливіших кандидатів на пояснення однієї з головних загадок астрономії.