Загадочная ось во Вселенной совпадает с осью нашей Солнечной системы

Фото из открытых источников

Как раз тогда, когда нам кажется, что мы начинаем познавать Вселенную, новая загадка выбивает это представление из космологии. Будь то люди XVII века, которые наконец-то поняли, что живут на скале, и обнаружили, что эта скала, возможно, находится не в центре Вселенной, или же неловкое и слегка раздражающее открытие того, что пространство между галактиками расширяется (или, может быть, не расширяется) с ускоряющейся скоростью, Вселенная, конечно же, любит говорить «нет, лол», когда мы начинаем разбираться в происходящем.

Это продолжается уже довольно давно, и с определённой точки зрения розыгрыш, возможно, начался с первыми лучами света во Вселенной.

В 1964 году физик Арно Аллан Пензиас и радиоастроном Роберт Вудроу Уилсон заметили необычный шум, похожий на помехи в радиоприёмнике, постоянно присутствующий на заднем плане их наблюдений с помощью радиотелескопа. Сначала они вполне обоснованно предположили, что помехи исходят от самого телескопа, поскольку они присутствовали постоянно, независимо от того, в каком направлении они направляли телескоп. 

После устранения всех возможных источников наземных помех и голубей, гнездившихся в антенне телескопа, шум остался. Как вы, возможно, уже догадались, они наблюдали не за голубями, которые мешали их астрономическим исследованиям, а за открытием, удостоенным Нобелевской премии. 

Другие радиоастрономы слышали этот шум, но отвергли его, однако Пензиас и Уилсон поняли, что наблюдают космическое микроволновое фоновое излучение (КМФИ) — сигнал, который Ральф Альфер предложил в качестве потенциального доказательства модели Большого взрыва; это остаточное излучение, которое едва заметно и пронизывает всю наблюдаемую Вселенную. 

Открытие реликтового излучения в значительной степени подтверждает теорию «Большой звезды», поскольку ни одна альтернативная теория не может объяснить и предсказать его очень точно наблюдаемые характеристики. Но, как и большинство других достижений в науке, оно также сопряжено с некоторыми захватывающими загадками.

Одна из самых странных и малоизученных загадок часто называется «осью зла», потому что астрономы тоже иногда бывают склонны к драматизации. 

Проблема в том, что, рассматривая Вселенную с учетом наших современных моделей и понимания, мы ожидаем, что она будет изотропной и однородной. То есть, в определенной области пространства масса и другие параметры могут незначительно отличаться из-за небольших изменений во время инфляции, но если посмотреть на Вселенную достаточно широко, она должна выглядеть практически одинаково в любом направлении.

Глядя на космическое микроволновое фоновое излучение, это почти верно, но не совсем. Во-первых, есть это надоедливое холодное пятно. Затем есть ось зла, которая выглядит не так уж и угрожающе, когда пишется с маленькой буквы. Название было придумано в статье 2005 года, после того как исследователи заметили нечто странное, разложив космическое микроволновое фоновое излучение на его самые крупные структуры.

Если космологический принцип верен, то крошечные температурные флуктуации, отпечатавшиеся на реликтовом излучении примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, должны быть распределены случайным образом. Ни одно конкретное направление не должно отличаться от других. 

В ходе миссий НАСА COBE и WMAP было установлено, что температура реликтового излучения составляет 2,726 Кельвина (около -270°C) почти во всех областях неба, при этом незначительные колебания температуры представляют собой зародыши, из которых в конечном итоге вырастут галактики.

Астрономы анализируют эти вариации, разделяя небо на структуры, известные как мультиполи. Самый простой, диполь, делит небо на два полушария, квадруполь — на четыре области, а октуполь — на восемь. Сравнивая эти меньшие сегменты, если космологический принцип верен, температуры должны казаться случайными. Но они этого не обнаруживают.

«В последние годы появились заявления об обнаружении значительных аномалий на карте температуры реликтового излучения, которые, по-видимому, нарушают статистическую изотропию температурных флуктуаций и, таким образом, ставят под сомнение космологический принцип», — поясняется в статье по этой теме. «Несколько групп утверждают, что обнаружили сильное совпадение предпочтительных осей квадруполя и октаполя, которое обычно называют осью зла».

Ещё более головную боль вызывает то, что ось, по-видимому, совпадает с нашей Солнечной системой, при этом температуры «выше» оси кажутся немного выше, а температуры «ниже» — немного ниже. Это верно даже после корректировки на движение Солнечной системы и нашей собственной галактики, шага, который предпринимается до разделения реликтового излучения на мультиполи.

Насколько нам известно, нет никаких оснований полагать, что это так. Особенно удивительно было бы обнаружить, что Вселенная каким-то образом совпадает с нашей скромной Солнечной системой, поэтому большинство ученых считают, что проблема заключается в способе сбора данных или, возможно, в локальной проблеме, вызванной массивными структурами в нашей окрестности. Отделение локальных источников микроволнового излучения от космологических сигналов, как известно, чрезвычайно сложно, как ясно показали Пензиас и Уилсон.

Проблема пока не исчезла. Мы не знаем, действительно ли существует эта ось, или это особенность сбора данных, или же какой-то локальный источник искажает нашу космологию.

В будущем, если проблема сохранится, она может бросить вызов нашим космологическим моделям. Однако пока что «ось зла» представляет собой скорее загадку, вызывающую раздражение, чем повод для беспокойства.