Вселенная родилась из Большого взрыва примерно 13,8 млрд лет назад. В самые ранние периоды она была пронизана непрозрачным облаком горячей плазмы, препятствовавшей формированию атомов. Примерно 380 тыс. лет спустя Вселенная остыла до температуры около -270°C, что преобразовало большую часть энергии, произведенной Большим взрывом, в свет. Это послесвечение мы теперь видим, как космический микроволновый фон, впервые наблюдавшийся в 1960-х годах.
Одной из особенностей реликтового излучения являются крошечные флуктуации температуры, которые дают информацию о ранней Вселенной. В частности, в реликтовом излучении существует довольно большая область сверхнизкой температуры, известная как «холодное пятно реликтового излучения». Спустя десятилетия изучений температурных колебаний реликтового излучения группа ученых подтвердила существование самых больших холодных пятен в послесвечении реликтового излучения — сверхпустоты Эридана. Именно она может быть объяснением реликтового холодного пятна, которое искали астрономы почти полвека.
Исследование было проведено международной группой Dark Energy Survey (DES), состоящей из 300 ученых из 25 учреждений в семи странах. Эту группу возглавил Андраш Ковач, астрофизик из Канарского института астрофизики (IAC) и Университета Лагуны на Тенерифе, Испания. Результаты их исследования под названием The DES view of the Eridanus supervoid and the CMB cold spot были опубликованы в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
Почему так холодно?
С момента открытия реликтового излучения было организовано несколько миссий для его более подробного изучения. Они включали в себя советскую миссию «РЕЛИКТ-1» на борту спутника «Прогноз-9» (1983 год) и миссию NASA Cosmic Background Explorer (COBE). Последние результаты были опубликованы в 1992 году и выявили акустические колебания («акустический пик») в плазме, соответствующие крупномасштабным вариациям плотности в ранней Вселенной, созданные гравитационными неустойчивостями.
Второе сканирование Вселенной состоялось в 2001 году при помощи микроволнового зонда WMAP. Оно выявило перепады температур и мелкомасштабные колебания плотности. Наиболее подробную карту температур реликтового излучения составил космический аппарат ESA Planck (2009-2013 гг.).
К сожалению, эти карты не разрешили загадку реликтового холодного пятна — большой области, которая холоднее космического фона на 70 мкК или 0,00007 Кельвина. Таким образом, непреходящая тайна этой аномалии породила всевозможные объяснения, начиная от артефактов в данных и заканчивая возможным существованием параллельной Вселенной.
Сверхпустота Эридана
Космические пустоты («войды») относятся к обширным областям пространства, лежащими между галактиками и скоплениями галактик, которые наряду с темной материей составляют крупномасштабную структуру Вселенной. Эти пустоты определяются относительным отсутствием в них межгалактической среды, такой как галактики, пыли и газа, а также меньшим количеством темной материи. Хотя эти структуры удерживаются вместе силой взаимного притяжения (гравитацией), они также расширяются из-за предполагаемой, но необнаруженной силы — темной энергии.
Сверхпустота, расположенная на расстоянии 1,8 млрд световых лет в созвездии Эридана, представляет собой область сверхнизкой плотности, где концентрация материи на 30% меньше, чем в окружающей межгалактической среде. Центр этой пустоты расположен в 2 млрд световых лет от Земли. Используя данные, собранные в рамках исследования темной энергии (DES), команда создала карту темной материи в том же направлении, что и реликтовое холодное пятно.
Команда также использовала массу этого пятна в качестве гравитационной линзы, где мощная гравитация массивного объекта усиливает и изменяет путь света, исходящего позади него. Соавтор Найл Джеффри, астрофизик из Парижского университета и Университетского колледжа Лондона, помог составить карту темной материи.
«Эта карта темной материи — самая большая из когда-либо созданных. Нам удалось нанести на нее темную материю более четверти Южного полушария», — сказал он в пресс-релизе Fermilab.
В сочетании с предыдущими наблюдениями недостаточной плотности галактик в этом регионе новые карты также подтвердили недостаточную плотность темной материи в той же области. Это эффективно подтверждает суперпустоту в созвездии Эридана, которая соответствует тому, что было в теории. Эта пустота может быть причиной реликтового холодного пятна.
Последствия для темной энергии
Это исследование также важно, когда речь идет о другой загадке — природе темной энергии. Как уже отмечалось, это относится к таинственной силе, которая противодействует гравитации и отвечает за космическое расширение. Первоначально предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, расширение космоса было впервые продемонстрировано Эдвином Хабблом в 1920-х годах.
К 1990-м годам тайна углубилась, поскольку такие исследования, как Hubble Deep Field, показали, что космическое расширение ускорялось в течение последних 3 млрд лет. Это породило теории о том, что что-то движет этим расширением неизвестная сила или какая-то модификация общей теории относительности. Проводя крупномасштабные исследования Вселенной, такие научные организации, как DES, надеются напрямую увидеть влияние темной энергии и тем самым измерить ее свойства.
Наличие космических пустот между галактическими скоплениями указывает на то, что это продолжающееся перетягивание каната между гравитационными силами и пространством приводит к тому, что некоторые пустоты становятся холоднее и глубже.
Модель Лямбда-CDM
Однако это исследование не устраняет общего несоответствия между стандартной космологической моделью и наблюдаемыми вариациями температуры с реликтовым холодным пятном. Эта модель известна как модель лямбда-холодной темной материи (LCDM), которая предсказывает, что темная материя состоит из медленно движущихся «холодных» частиц, которые разлетаются под действием расширяющей силы темной энергии.
Проще говоря, результаты исследований подтверждают существование сверхпустоты Эридана. Если модель Лямбда-CDM верна, то реликтовое холодное пятно может быть экстремальной аномалией, которая по совпадению являет собой массивную суперпустоту, в которой не только крайне мало барионной материи, но и темной материи и темной энергии. Их малая плотность в этой области снизила окружающую температуру войда до значений ниже космического фона.
Напомним, что ранее мы объясняли, что такое световой год.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
