Канадський фізик Раджендра Гупта звірив свою модель еволюції Всесвіту з даними спостережень. З одного боку, результати розрахунків збіглися з передбаченими, з іншого – його модель від початку можна було підігнати під дані спостережень.
Ілюстрація ідеї пошуку “слідів” баріонних акустичних осциляцій у положенні сучасних галактик / © Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory
За допомогою космічного телескопа “Джеймс Вебб” ми знаходимо дедалі більше галактик у молодому Всесвіті, загальна маса і старі зірки яких не зовсім вписуються в прийняті гіпотези про еволюцію таких об’єктів. У сучасному космосі галактики і зірки ростуть значно повільніше. Багато вчених вважають, що причина швидкого зростання перших зірок і галактик – особливі умови в молодому Всесвіті. Інші ж упевнені, що переглядати потрібно не моделі формування зірок, а всю стандартну космологічну модель. Одну таку альтернативну теорію розвиває Раджендра Гупта – професор фізики з Оттавського університету (Канада).
Він об’єднав гіпотезу про те, що фундаментальні фізичні константи змінюються з розвитком Всесвіту (модель CCC, ссovarying сoupling сonstants), і модель “старіння світла” (TL). Згідно з останньою, фотони, що летять крізь простір, “втомлюються”, тобто втрачають енергію, від зіткнень з іншими частинками, саме тому виникає червоний зсув (через меншу енергію збільшується довжина світлової хвилі).
Щоб підтвердити альтернативну модель CCC+TL, її потрібно перевірити на безлічі доступних сьогодні даних спостережень. Зокрема, на “стандартному” наборі: баріонних акустичних осциляціях, реліктовому випромінюванні, первинному нуклеосинтезі та віці кульових зоряних скупчень. У новій роботі, опублікованій у журналі The Astrophysical Journal, фізик протестував її на “слідах” баріонних акустичних осциляцій.
- Як розмножуються інопланетяни?
- Комети Чурюмова — ключ до історії сонячної системи
- Загадковий червоний карлик Росс 128
Що таке баріонні акустичні осциляції? У первинній щільній гарячій плазмі “новонародженого” Всесвіту взаємодія сил тяжіння і відштовхування породжувала “звукові хвилі” в матерії (осциляції). Через це речовина перестала бути такою вже однорідною. Коли вона охолола, щільніші області нарешті притягли матерію, і так утворилися перші зірки та галактики.
По-перше, ці звукові хвилі “відбилися” в реліктовому випромінюванні. По-друге, їхні “сліди” мають бути помітні в розподілі галактик у більш сучасному Всесвіті. Саме на цих даних Гупта перевірив свою альтернативну модель CCC+TL.
У розрахунку щодо галактик учений використовував результати розрахунків із роботи колег. Там астрофізики взяли сотні тисяч галактик, світло яких йшло до нас від 1,4 до шести мільярдів світлових років (червоний зсув z = 0,11 до 0,65), розподілили їх на кілька груп за відстанню і порахували для них значення “слідів” баріонних осциляцій (первинна робота та дві роботи, що розширюють діапазон дослідження: тут і тут). У Гупти розрахунки за цими даними спостережень збіглися з передбаченими за його моделлю CCC+TL.
Еволюція Всесвіту за стандартною космологічною моделлю / © ESA, C. Carreau
Теоретично, якщо слідувати стандартній космологічній моделі, в якій космологічні постійні не змінюються, ці дані повинні корелювати зі “слідами” осциляцій у реліктовому випромінюванні. У моделі CCC+TL постійні не залишаються такими.
За результатами розрахунків вийшло, що в моделі CCC+TL “горизонт звуку” на кілька порядків відрізняється від стандартної космологічної моделі. “Горизонт звуку” – те, наскільки “звукові хвилі” встигли розлетітися в первинній плазмі до того, як вона охолола. За стандартною моделлю – на 135 кілопарсек. За моделлю CCC+TL – на 15,5 мегапарсека.
Це очікувано, тому що за CCC+TL виходить, що і вік Всесвіту вдвічі більший – 26,7 мільярда років. Усе в ньому розвивалося з “нормальною” швидкістю, і в перших зірок із галактиками було достатньо часу на формування. Водночас для пояснення їхнього формування вже не потрібна темна матерія. Проблема CCC+LT у тому, що хоч вона і може пояснити дані спостережень через зміну “постійних”, неможливо експериментально довести, що ці зміни дійсно були.
Зазначимо, що гіпотеза про “старіння світла” вважається спростованою. Наприклад, ще астроном Яків Зельдович наголошував, що червоний зсув у моделі “старіння світла” має бути різним за різних довжин хвиль – тобто спектральна картина раннього Всесвіту має мати зовсім інші розподіли типових спектрів, аніж для пізнього Всесвіту, що оточує нас. Однак на практиці цього не спостерігається.
Незалежність червоного зсуву від довжини хвилі спостережуваних джерел зі стародавнього Всесвіту легко пояснити виходячи з того, що він розширюється. Тоді фотони на шляху з раннього Всесвіту до нас, у пізній, просто розтягуються разом із простором, що і змінює довжину їхньої хвилі. Але в моделі “старіння світла” розширення Всесвіту немає, а отже, незалежність червоного зсуву для різних довжин хвиль по суті незрозуміла.