Всесвіт народився з Великого вибуху приблизно 13,8 млрд років тому. У ранні періоди він був пронизаний непрозорою хмарою гарячої плазми, що перешкоджала формуванню атомів. Приблизно через 380 тисяч років Всесвіт охолонув до температури майже -270°C, що перетворило більшу частину енергії, виробленої Великим вибухом, у світло. Це післясвітіння ми тепер бачимо, як космічний мікрохвильовий фон, що вперше спостерігався у 1960-х роках.
Однією з особливостей реліктового випромінювання є крихітні флуктуації температури, які дають інформацію про ранній Всесвіт. Зокрема, у реліктовому випромінюванні існує досить велика область наднизької температури, відомої як холодна реліктова пляма. Через десятиліття досліджень температурних коливань реліктового випромінювання група вчених підтвердила існування найбільших холодних плям післясвічення реліктового випромінювання — надпорожнечі Ерідана. Саме вона може бути поясненням реліктової холодної плями, яку шукали астрономи майже півстоліття.
Дослідження було проведене міжнародною групою Dark Energy Survey (DES), що складається з 300 вчених із 25 установ у семи країнах. Цю групу очолив Андраш Ковач, астрофізик із Канарського інституту астрофізики (IAC) та Університету Лагуни на Тенеріфе, Іспанія. Результати їхнього дослідження під назвою The Des view of Eridanus supervoid and the CMB cold spot були опубліковані в Щомісячних повідомленнях Королівського астрономічного товариства.
Чому так холодно?
З моменту відкриття реліктового випромінювання було організовано кілька місій для його більш докладного вивчення. Вони включали радянську місію «РЕЛІКТ-1» на борту супутника «Прогноз-9» (1983 рік) і місію NASA Cosmic Background Explorer (COBE). Результати були опубліковані в 1992 році та виявили акустичні коливання у плазмі, що відповідають великомасштабним варіаціям густини в ранньому Всесвіті, створені гравітаційними нестійкостями.
Друге сканування Всесвіту відбулося у 2001 році за допомогою мікрохвильового зонда WMAP. Воно виявило перепади температур та дрібномасштабні коливання густини. Найбільш детальну карту температур реліктового випромінювання створив космічний апарат ESA Planck (2009-2013 рр.).
На жаль, ці карти не дозволили розгадати загадку реліктової холодної плями — великої області, яка холодніша за космічний фон на 70 мкК або 0,00007 Кельвіна. Отже, таємниця цієї аномалії породила всілякі пояснення, починаючи від артефактів у даних і закінчуючи можливим існуванням паралельного Всесвіту.
Суперпорожнеча Ерідана
Космічні порожнечі («войди») належать до великих областей простору, що лежать між галактиками та скупченнями галактик, які поряд із темною матерією складають великомасштабну структуру Всесвіту. Ці порожнечі визначаються відносною відсутністю в них міжгалактичного середовища, такого як галактики, пил та газ, а також меншою кількістю темної матерії. Хоча ці структури разом утримуються силою взаємного тяжіння (гравітацією), вони також розширюються через передбачувану, але невиявлену силу — темну енергію.
Надпорожнеча, розташована на відстані 1,8 млрд світлових років у сузір’ї Ерідана, є областю наднизької густини, де концентрація матерії на 30% менше, ніж у навколишньому міжгалактичному середовищі. Центр цієї порожнечі розташований за 2 млрд світлових років від Землі. Використовуючи дані, зібрані в межах дослідження темної енергії (DES), команда створила карту темної матерії в тому ж напрямку, що і холодна реліктова пляма.
Команда також використовувала масу цієї плями як гравітаційну лінзу, де потужна гравітація масивного об’єкта посилює і змінює шлях світла, що виходить позаду нього. Співавтор Найл Джеффрі, астрофізик з Паризького університету та Університетського коледжу Лондона, допоміг скласти карту темної матерії.
«Ця карта темної матерії — найбільша з будь-коли створених. Нам вдалося нанести на неї темну матерію понад чверті Південної півкулі», — сказав він у пресрелізі Fermilab.
У поєднанні з попередніми спостереженнями недостатньої густини галактик у цьому регіоні, нові карти також підтвердили недостатню густину темної матерії тієї ж області. Це ефективно підтверджує суперпустоту в сузір’ї Ерідана, яка відповідає тому, що було в теорії. Ця порожнеча може бути причиною реліктової холодної плями.
Наслідки для темної енергії
Це дослідження також важливе, коли йдеться про іншу загадку — природу темної енергії. Як уже зазначалося, вона належить до таємничої сили, яка протидіє гравітації та відповідає за космічне розширення. Передбачене загальною теорією відносності Ейнштейна розширення космосу було вперше продемонстроване Едвіном Хабблом у 1920-х роках.
До 1990-х років таємниця поглибилася, оскільки такі дослідження, як Hubble Deep Field, показали, що космічне розширення прискорювалося впродовж останніх 3 млрд років. Це породило теорії про те, що рухає цим розширенням невідома сила чи якась модифікація загальної теорії відносності. Проводячи великомасштабні дослідження Всесвіту, такі наукові організації, як DES, сподіваються безпосередньо побачити вплив темної енергії й тим самим виміряти її властивості.
Наявність космічних порожнеч у міжгалактичних скупченнях вказує на те, що це перетягування каната між гравітаційними силами та простором призводить до того, що деякі порожнечі стають холоднішими та глибшими.
Модель Лямбда-CDM
Однак це дослідження не усуває загальної невідповідності між стандартною космологічною моделлю та варіаціями температури з реліктовою холодною плямою. Ця модель відома як модель лямбда-холодної темної матерії (LCDM), яка передбачає, що темна матерія складається із «холодних» частинок, що повільно рухаються, які розлітаються під дією розширюючої сили темної енергії.
Простіше кажучи, результати досліджень підтверджують існування надпорожнечі Ерідана. Якщо модель Лямбда-CDM правильна, то холодна реліктова пляма може бути екстремальною аномалією, яка за збігом обставин являє собою масивну суперпорожнечу, в якій не тільки вкрай мало баріонної матерії, але і темної матерії та темної енергії. Їхня мала густина у цьому просторі знизила навколишню температуру войду до значень нижче космічного фону.
Нагадаємо, що раніше ми пояснювали, що таке світловий рік.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
