Странное расширение Вселенной объяснили нашим проживанием в «пустыне»

Одна из крупнейших проблем современной физики — загадка скорости расширения Вселенной. По одному методу измерения она выходит одной, по другому — совсем иной. С физической точки зрения так быть не может. Новая работа утверждает, что на самом деле проблема вполне решаема. Достаточно предположить, что наша часть Вселенной по какой-то неизвестной причине крайне обеднена материей.

В 1990-х годах астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется, причем с ускорением. Открыли это, наблюдая за красным смещением сверхновых типа Ia. Они взрываются с практически одинаковой энергией, поэтому, сравнивая светимость разных сверхновых между собой, просто выяснить, насколько они удалены от Земли.

После создания «карты расстояний» астрономы сравнили красное смещение излучения всех этих сверхновых. Оказалось, что длина волн света от более дальних из них больше, чем следует ожидать в статичной Вселенной. Объяснить это можно только в том случае, если Вселенная расширяется с определенной скоростью.

Через десяток лет данные сверхновых проверили иным способом – анализом параметров реликтового излучения из ранней Вселенной. Неожиданно оказалось, что расширение пространства-времени регистрируют оба метода, но вот скорость его почему-то разная, что физически невозможно.

В поисках ошибок измерений, чувствительность обоих методов неоднократно совершенствовали. Но, несмотря на все уточнения, расхождения оставались слишком большими. По первому методу пространство диаметром в 3,26 миллиона световых лет расширяется на 74,0 километра в секунду, а по второму — только на 67,4 километра в секунду.

Лукас Ломбризье (Lucas Lombriser) из Женевского университета (Швейцария) предложил неожиданное и довольно изящное решение проблемы. Он обратил внимание на то, что для расчетов скорости расширения Вселенной по реликтовому излучению используется предположение, что материя (скопления галактик) в пространстве распределена равномерно.

Между тем, на сегодня это скорее гипотеза, чем доказанный научный факт. Действительно, большинство ученых считает, что на больших масштабах такое распределение должно быть равномерным. Но наблюдательных фактов за этой убежденностью пока нет.

Галактика М106, часто используемая для калибровки дистанций до далеких объектов Вселенной / ©NASA

Исследователь в своей статье в Physics Letters B рассчитал такой вариант строения Вселенной, когда Галактика, в которой мы живем, находится внутри пузыря диаметром в четверть миллиарда световых лет. Причем плотность материи внутри него вдвое ниже, чем вне. По его расчетам, гравитационное воздействие материи внутри этой «пустыни» на пролетающее через нее излучение будет заметно слабее, чем в случае Вселенной без «пузырей».

В результате реликтовое излучение из ранней Вселенной будет доходить до Земли заметно искаженным по своим параметрам. У земного наблюдателя будет складываться ощущение, что Вселенная расширяется медленнее, чем она это делает на самом деле. То есть скорость ее расширения по сверхновым ближе к истине, а по реликтовому излучению — занижена.

Новая гипотеза весьма значима для современной космологии. В отличие от других объяснений «странной» скорости расширения пространства, она не требует изобретения некоей «новой физики», а оперирует уже известными законами. Но решая одну проблему, она может породить другую, только уже не у физиков, а у астрономов.

Предположительно, диаметр Вселенной около 90 миллиардов световых лет. Наличие в ней «пустынь» типа той, в которой живем мы, означает, что во Вселенной возможны неоднородности огромных размеров. Такая ситуация не могла сложиться сама по себе: что-то должно было предопределить «пустынность» нашего сектора пространства-времени. Какой фактор на это повлиял, каковы точные границы «пустыни», в которой мы живем, — все это вопросы, на которые пока лишь предстоит найти ответы.