Мы можем жить в гигантской «космической пустоте» — вот почему Вселенная расширяется так быстро

Новые данные о барионных акустических осцилляциях (БАО) подтверждают гипотезу о существовании локальной космической пустоты. Это открытие предлагает возможное решение проблемы так называемой хаббловской напряженности. Хаббловская напряженность или напряжение Хаббла — это термин, обозначающий расхождение между значениями постоянной Хаббла, то есть числа, описывающего скорость расширения Вселенной, в разных космологических моделях.

В настоящее время космология переживает кризис, известный как напряжение Хаббл: локальная Вселенная, по-видимому, расширяется примерно на 10% быстрее, чем ожидалось. Ожидаемая скорость получена путем точных наблюдений за зарождающейся Вселенной и их проецирования в будущее с использованием стандартной космологической модели, известной как модель лямбда-холодной темной материи или ΛCDM.

Мы можем исследовать раннюю Вселенную с исключительной детализацией благодаря реликтовому космическому излучению (РКФ) – излучению, относящемуся к временам, когда Вселенная была примерно в 1100 раз меньше современной. Звуковые волны, проходя через горячую плазму ранней Вселенной, оставляли после себя чередующиеся области более высокой и более низкой плотности, а следовательно, и колебания температуры. Анализируя колебания РКФ в различных масштабах, ученые могут эффективно «слушать» отголоски этих первичных звуковых волн, которые резонируют сильнее всего в определенных характерных масштабах.

Эти закономерности сохраняются в реликтовом фоновом излучении и известны как барионные акустические осцилляции. Поскольку они способствовали формированию галактик и крупномасштабных структур, те же закономерности можно обнаружить и в современном распределении галактик.

Изучая, как галактики группируются при разных значениях красного смещения, исследователи могут отслеживать эти колебания. Ключевым маркером служит одна из наиболее характерных особенностей группирования, называемая угловой шкалой БAO.

Эта особенность дает космологам то, что они называют «стандартной линейкой» — известный размер, позволяющий им определять расстояния во Вселенной. Измеряя, насколько этот размер выглядит большим на небе при заданном красном смещении, ученые могут рассчитать как расстояние до этих галактик, так и скорость расширения космоса, используя данные тригонометрии и красного смещения. Если область БAO становится больше на определенном расстоянии, это означает, что локальная Вселенная расширяется быстрее.

Ранее утверждали, что напряжение Хаббла может быть обусловлено нашим расположением внутри большого войда — космической пустоты. Это связано с тем, что разреженное вещество в войде гравитационно притягивается к более плотному веществу снаружи, непрерывно вытекая из войда. В предыдущих исследованиях уже было показано, что этот поток создает впечатление, что локальная Вселенная расширяется примерно на 10% быстрее, чем ожидалось. Это позволило бы решить проблему напряжения Хаббла. Но нужны были дополнительные доказательства.

Известно, что локальная пустота могла бы немного исказить соотношение между угловой шкалой БAO и красным смещением из-за более быстро движущегося вещества в пустоте и его гравитационного воздействия на свет извне. Авторы новой работы решили проверить предсказания модели войда, используя измерения БAO, собранные за последние 20 лет. Они сравнили результаты с моделями без войда при той же истории расширения.

В модели пустоты линейка БAO должна выглядеть больше при любом заданном красном смещении. И этот избыток должен становиться ещё больше при малом красном смещении (близком расстоянии) в соответствии с напряжением Хаббла. Наблюдения подтверждают эту гипотезу. Результаты исследования показывают, что Вселенная с локальной пустотой примерно в сто миллионов раз более вероятна, чем без нее, если предполагать, что Вселенная расширяется в соответствии со стандартной космологической моделью, основанной на реликтовом излучении.

Средняя скорость расширения на данный момент напрямую вытекает из возраста Вселенной, который можно оценить по возрасту старых звезд в Млечном Пути. Локальная пустота не повлияла бы на возраст Вселенной.