Новое решение загадки, почему Вселенная расширяется неравномерно, нарушая Стандартную модель физики

Вселенная расширяется. Насколько быстро это происходит, описывает так называемая постоянная Хаббла-Леметра. Но разные методы измерения дают противоречивые значения. Это так называемое «напряжение Хаббла» представляет собой загадку для космологов.

Исследователи из Университета Бонна предлагают новое решение: используя альтернативную теорию гравитации, расхождение в измеренных значениях можно легко объяснить. Исследование опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Расширение Вселенной заставляет галактики отдаляться друг от друга. Скорость, с которой они это делают, пропорциональна расстоянию между ними. Например, если галактика А находится в два раза дальше от Земли, чем галактика Б, то ее расстояние от нас также увеличивается в два раза быстрее. Американский астроном Эдвин Хаббл был одним из первых, кто понял эту связь.

Поэтому, чтобы рассчитать, как быстро две галактики удаляются друг от друга, необходимо знать, расстояние между ними и умножить его на константу Хаббла-Леметра, фундаментальный параметр в космологии. Его значение можно определить, например, взглянув на очень отдаленные регионы Вселенной. Это дает скорость почти 244 000 километров в час на мегапарсек расстояния (один мегапарсек составляет чуть более трех миллионов световых лет).

«Но вы также можете посмотреть на небесные тела, которые намного ближе к нам — так называемые сверхновые категории 1а, тип взрывающихся звезд», — объясняет профессор, доктор Павел Крупа из Института радиационной и ядерной физики имени Гельмгольца в Боннский университет.

Можно очень точно определить расстояние сверхновой 1а до Земли. Мы также знаем, что блестящие объекты меняют цвет, когда удаляются от нас — и чем быстрее они движутся, тем сильнее это изменение. Это похоже на машину скорой помощи, чья сирена звучит ниже по мере удаления от нас. Если мы вычислим скорость сверхновых 1а по их цветовому сдвигу и соотнесем ее с расстоянием до них, получим другое значение постоянной Хаббла-Леметра, а именно, чуть менее 264 000 километров в час на мегапарсек расстояния.

«Поэтому Вселенная, похоже, расширяется быстрее в наших окрестностях. И так не должно быть по законам физики», — говорит Крупа.

Согласно новой гипотезе, объясняющей этот парадокс, Земля расположена в области космоса, где материи относительно мало — это можно сравнить с воздушным пузырем в торте. Вне этого пузыря, по краям, его материи больше, чем внутри. Гравитационные силы исходят из окружающей материи, которая притягивает галактики в пузыре к краям полости. Вот почему они удаляются от нас быстрее, чем можно было бы ожидать.

Недавно измерили среднюю скорость галактик, находящихся на расстоянии 600 миллионов световых лет от нас. Было обнаружено, что эти галактики удаляются от нас в четыре раза быстрее, чем позволяет стандартная модель космологии.

Стандартная модель не предусматривает такой низкой плотности, наличия «пузырей» в «торте Вселенной». Согласно ее положениям, материя должна быть равномерно распределена в пространстве. Однако если бы это было так, было бы трудно объяснить, какие силы приводят галактики в движение до такой высокой скорости.

«Стандартная модель основана на теории природы гравитации, выдвинутой Альбертом Эйнштейном. Однако гравитационные силы могут вести себя иначе, чем ожидал Эйнштейн», — говорит Крупа.

В новом исследовании авторы использовали другую теорию гравитации. «Модифицированная ньютоновская динамика» (аббревиатура: MOND) была предложена четыре десятилетия назад израильским физиком, профессором Мордехаем Милгромом. Сегодня эта теория считается маргинальной.

«Однако в наших расчетах MOND точно предсказывает существование таких пузырей. Если бы кто-то предположил, что гравитация на самом деле ведет себя в соответствии с предположениями Милгрома, напряжение Хаббла исчезло бы: на самом деле существовала бы только одна константа расширения Вселенной, а наблюдаемые отклонения были бы вызваны неравномерностями в распределении материи», — отмечает Круп.