|
Вселенная подавляет рост космических структур
|
|
|
|
По мере развития Вселенной ученые ожидают, что крупные космические структуры будут расти с определенной скоростью: плотные области, такие как скопления галактик, будут становиться все плотнее, а пустота космоса станет все пустее. Но исследователи из Мичиганского университета обнаружили, что скорость роста этих крупных структур медленнее, чем предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. Они также показали, что, поскольку темная энергия ускоряет глобальное расширение Вселенной, подавление роста космической структуры, которое исследователи видят в своих данных, становится даже более заметным, чем предсказывает теория. Их результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. Галактики пронизывают нашу Вселенную, словно гигантская космическая паутина. Их распределение не случайно. Вместо этого они имеют тенденцию группироваться вместе. Фактически, вся космическая паутина зародилась как крошечные сгустки материи в ранней Вселенной, которые постепенно разрослись в отдельные галактики и, в конечном итоге, в скопления и нити галактик.
|
|
|
|
«На протяжении космического времени первоначально небольшой сгусток массы притягивает и накапливает все больше и больше материи из своего локального региона посредством гравитационного взаимодействия. По мере того, как регион становится все плотнее и плотнее, он в конечном итоге разрушается под действием собственной гравитации», — сказал Минь Нгуен, ведущий автор. научный сотрудник и постдокторант кафедры физики УМ. «По мере того, как они сжимаются, комки становятся плотнее. Это то, что мы подразумеваем под ростом. Это похоже на ткацкий станок, где одно-, двух- и трехмерные сложения выглядят как лист, нить и узел. Реальность такова. смесь всех трех случаев, и у вас есть галактики, живущие вдоль нитей, в то время как скопления галактик — группы тысяч галактик, самые массивные объекты в нашей Вселенной, ограниченные гравитацией, — расположены в узлах». Вселенная состоит не только из материи. Вероятно, он также содержит загадочный компонент, называемый темной энергией. Темная энергия ускоряет расширение Вселенной в глобальном масштабе. Поскольку темная энергия ускоряет расширение Вселенной, она оказывает противоположное воздействие на крупные структуры.
|
|
|
«Если гравитация действует как усилитель, усиливая возмущения материи, превращая их в крупномасштабную структуру, то темная энергия действует как аттенюатор, гасящий эти возмущения и замедляющий рост структуры», — сказал Нгуен. «Изучая, как космическая структура группировалась и росла, мы можем попытаться понять природу гравитации и темной энергии». Нгуен, профессор физики UM Драган Хутерер и аспирант UM Ювэй Вен исследовали временной рост крупномасштабных структур на протяжении космического времени с помощью нескольких космологических зондов. Во-первых, команда использовала так называемый космический микроволновый фон. Космический микроволновый фон, или реликтовое излучение, состоит из фотонов, испускаемых сразу после Большого взрыва. Эти фотоны дают снимок очень ранней Вселенной. Когда фотоны попадают в наши телескопы, их путь может искажаться или превращаться в гравитационную линзу из-за крупномасштабных структур на пути. Изучая их, исследователи могут сделать вывод о том, как распределяются структура и материя между нами и космическим микроволновым фоном.
|
|
|
|
Нгуен и его коллеги воспользовались аналогичным явлением при слабом гравитационном линзировании форм галактик. Свет от фоновых галактик искажается из-за гравитационного взаимодействия с веществом переднего плана и галактиками. Затем космологи расшифровывают эти искажения, чтобы определить, как распределяется промежуточная материя. «Важно отметить, что, поскольку реликтовое излучение и фоновые галактики расположены на разных расстояниях от нас и наших телескопов, слабогравитационное линзирование галактик обычно исследует распределение материи в более позднее время по сравнению с тем, что исследуется с помощью слабого гравитационного линзирования реликтового излучения», — сказал Нгуен. Чтобы отследить рост структуры в еще более позднее время, исследователи дополнительно использовали движения галактик в локальной Вселенной. Когда галактики падают в гравитационные колодцы нижележащих космических структур, их движения напрямую отражают рост структур.
|
|
|
|
«Разница в этих темпах роста, которую мы потенциально обнаружили, становится все более заметной по мере приближения к настоящему моменту», — сказал Нгуен. «Эти разные зонды по отдельности и вместе указывают на подавление роста. Либо нам не хватает некоторых систематических ошибок в каждом из этих зондов, либо нам не хватает какой-то новой физики позднего времени в нашей стандартной модели». Полученные результаты потенциально направлены на устранение так называемого напряжения S8 в космологии. S8 — параметр, описывающий рост структуры. Напряжение возникает, когда ученые используют два разных метода для определения значения S8 и не приходят к единому мнению. Первый метод, использующий фотоны космического микроволнового фона, указывает на более высокое значение S8, чем значение, полученное на основе измерений слабого гравитационного линзирования галактик и измерений кластеризации галактик.
|
|
|
|
Ни один из этих зондов не измеряет рост структуры сегодня. Вместо этого они исследуют структуру в более ранние времена, а затем экстраполируют эти измерения на настоящее время, предполагая стандартную модель. Структура зондов космического микроволнового фона в ранней Вселенной, а структура зондов слабого гравитационного линзирования и кластеризации галактик в поздней Вселенной. По словам Нгуена, выводы исследователей о позднем подавлении роста приведут два значения S8 в полное соответствие. "Мы были удивлены высокой статистической значимостью аномального подавления роста", - сказал Хутерер. «Честно говоря, у меня такое ощущение, что Вселенная пытается нам что-то сказать. Теперь наша задача, космологов, — интерпретировать эти открытия. «Мы хотели бы еще больше усилить статистические доказательства подавления роста. Мы также хотели бы понять ответ на более сложный вопрос о том, почему структуры растут медленнее, чем ожидалось в стандартной модели с темной материей и темной энергией. Причина этого Эффект может быть обусловлен новыми свойствами темной энергии и темной материи или каким-то другим расширением общей теории относительности и стандартной модели, о котором мы еще не думали».
|
|
|
|
Источник
|
