Китайские астрофизики нашли еще одно опровержение Стандартной модели космологии

Согласно измерениям космического микроволнового фонового излучения (CMB), выполненным миссией Планк Европейского космического агентства, возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиардов лет. Этот расчет основан на так называемой Стандартной модели космологии, которая описывает плоскую Вселенную, в которой доминируют темная энергия и темная материя, и которая расширяется с возрастающей скоростью.

Стандартная модель используется в качестве основы для суперкомпьютерного моделирования, которое может отобразить рост крупномасштабных структур во Вселенной — галактик и скоплений галактик.

Однако сейчас эти модели столкнулись с измерением движения пар галактик, которые не соответствуют тому, что говорят нам симуляции.

В новом исследовании астрономы под руководством Го Ци из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук изучили пары галактик-спутников.

Группы галактик — это небольшие совокупности галактик, такие как наша Местная группа, в которой к нескольким крупным галактикам присоединяется рой более мелких. Используя наблюдения, сделанные Слоанским цифровым обзором неба (SDSS) за 813 группами галактик на расстоянии около 600 миллионов световых лет от  Земли, команда Ци сосредоточилась на самой массивной галактике в каждой группе и измерила, как двигались пары спутников на противоположных сторонах этой галактики.

Они обнаружили, что доля галактик-спутников, которые вращались в противоположных направлениях по отношению друг к другу (другими словами, вращались вокруг большой галактики в противоположных направлениях), выше, чем предсказывали компьютерные модели крупномасштабных структур, такие как Millennium Simulation и модель Illustris TNG300, обе они основаны на Стандартной модели, описанной миссией Планк.

Это естественное положение дел, если спутники только что вышли на орбиту большей галактики группы. Но со временем группы и скопления галактик должны достичь динамически расслабленного состояния, при этом большинство спутников будут вращаться в одном направлении. Если группы и скопления галактик объединились, когда это предполагает Стандартная модель, то доля спутников, вращающихся в противоположных направлениях, должна быть меньше.

Тот факт, что они составляют большую часть спутников, является проблемой для Стандартной модели.

Другими словами, кажется, что галактики-спутники лишь недавно попали в соответствующие группы.

«Это говорит о том, что Вселенная моложе, чем предполагалось по наблюдениям Планка за реликтовым излучением, — уверен Ци. - К сожалению, эта работа не может количественно оценить возраст Вселенной».

Если это правда, то новые открытия означают, что в Стандартной модели что-то не так и что некоторые из наших предположений о Вселенной должны быть неверными. Фактически, ответом может стать один космический парадокс, который в настоящее время исследуют ученые.

Скорость расширения Вселенной определяется числом, называемым постоянной Хаббла. Планк измерил постоянную Хаббла, равную 67,8 километра в секунду на мегапарсек — другими словами, каждый мегапарсек пространства расширяется на 67,8 километра каждую секунду. Один мегапарсек равен примерно 3,26 миллиона световых лет. Основываясь на этой скорости расширения, космологи могут вычислить возраст Вселенной как 13,8 миллиардов лет, перемотав часы назад. 

Однако наблюдения красного смещения сверхновых типа Ia, которые представляют собой взрывающиеся белые карлики, дают значение постоянной Хаббла, равное 73,2 километра в секунду на мегапарсек. При такой скорости расширения перемотка часов назад даст более молодой возраст на 12,6 миллиардов лет.

Оба измерения постоянной Хаббла считаются безупречными, однако они существенно различаются. Этот парадокс стал известен как «напряжение Хаббла».

Однако есть и другие препятствия, которые необходимо преодолеть. Если мы слишком сильно занизим возраст Вселенной, то астрономы окажутся в неловком положении, поскольку у них есть  звезды, о которых известно, что они старше самой Вселенной.

Возможно, объяснение кроется в других аспектах Стандартной модели. Например, модель сильно зависит от темной материи, но ученые пока не знают, что такое темная материя. Другие исследователи утверждают, что темной материи вообще не существует, и что ее гравитационные эффекты можно объяснить модификацией законов гравитации при низких ускорениях, например, тех, которые испытывают галактики-спутники, вращающиеся на больших расстояниях.

Новые результаты были опубликованы 22 января в журнале Nature Astronomy .