Космологический принцип, на который опираются современные представления об устройстве Вселенной, гласит: несмотря на наличие галактик, скоплений и гигантских пустот, на достаточно больших расстояниях материя распределяется равномерно. Наблюдения реликтового излучения — микроволнового свечения, оставшегося после Большого взрыва — долго служили важным аргументом в пользу этой картины. В последние годы, однако, ученые все чаще находили намеки на существование необычно крупных структур и аномалий, указывающих на более сложное устройство космоса.
Франческо Силос Лабини (Francesco Sylos Labini) из Института Энрико Ферми (Италия) и Марко Галоппо (Marco Galoppo) из Университета Кентербери (Новая Зеландия) проанализировали данные первого релиза обзора DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) — одного из крупнейших проектов по картированию Вселенной. DESI измеряет расстояния до миллионов галактик, позволяя строить трехмерную карту космической паутины — сети из филаментов (условных нитей), стенок и пустот.
Вместо традиционных методов, измеряющих в основном частоту «сборки» галактик в группы на разных масштабах, ученые применили новый статистический подход — угловое распределение дистанции до пар галактик (Angular Distribution of Pairwise Distances, ADPD). Он анализирует как расстояния между галактиками, так и то, в каких направлениях эти пары расположены в пространстве. То есть важно не только то, «насколько далеко» друг от друга расположены галактики, но и как они ориентированы друг относительно друга.
Если на больших масштабах Вселенная действительно изотропна (выглядит одинаково во всех направлениях), то пары галактик должны быть ориентированы случайно — без каких-либо предпочтительных направлений. Если же в данных появляются устойчивые «выделенные» направления, значит, структура распределения материи анизотропна, то есть зависит от направления.
Исследователи изучили несколько выборок галактик и сравнили данные наблюдений с компьютерными моделями, построенными в рамках космологической модели ΛCDM. В моделях слабые анизотропии быстро исчезали по мере перехода к большим масштабам.
Правда, в реальных данных картина оказалась иной. Анализ помог выявить устойчивые структуры, вытянутые вдоль определенных направлений и сохраняющиеся на расстояниях в сотни мегапарсек. На картах распределения галактик они проявлялись как длинные когерентные нити и цепочки, заметно отличающиеся от ожидаемого случайного распределения.
Особенно интересным был результат для самых больших исследованных масштабов. Вместо постепенного ослабления анизотропии, как предсказывают модели, статистический сигнал оставался сильным даже на расстояниях около трех миллиардов световых лет. Это означает, что наблюдаемая направленная структура значительно превосходит уровень, ожидаемый для случайного распределения галактик и Стандартной модели. Вероятность случайного происхождения эффекта оказалась крайне мала.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале Nature, не опровергают общепринятые постулаты, но указывают на необходимость тщательнее проверить фундаментальные предположения о крупномасштабной структуре Вселенной. Если будущие данные DESI и космические миссии Euclid подтвердят существование гигантских анизотропных структур, теоретикам придется искать новые модели, способные объяснить происхождение столь протяженных космических образований.
Отметим, ранее Naked Science описывал космологическую модель физика Николая Горькавого, в которой крупномасштабная структура космоса изначально неоднородна. Эти неравномерности обеспечиваются наличием самой большой черной дыры, играющей ключевую роль в эволюции Вселенной в этой модели.