Астрофизики в недоумении: у Вселенной, похоже, есть выделенная ось

Новый подробный анализ космического микроволнового излучения усилил подозрение, что в нашей Вселенной есть некоторая выделенная ось. Если это открытие подтвердится, то оно поставит крест на предположении об изотропности Вселенной.

Современная космологическая модель, т. е. картина эволюции Вселенной в целом, базируется на небольшом числе постулатов, подкрепленных, разумеется, огромным массивом наблюдательных и экспериментальных данных. Среди них — предположения о том, что свойства Вселенной не зависят от того, в каком направлении мы смотрим. В физике это называется предположением об изотропности Вселенной. (Популярное введение в космологию см. на сайтеКосмология.)

Наиболее серьезно эту гипотезу можно проверить с помощью реликтового микроволнового излучения. Космическое фоновое (или реликтовое) микроволновое излучение — газ фотонов с температурой примерно 2,7 К — пронизывает всю Вселенную и несет в себе «отпечаток» ее структуры в младенчестве. Мощность (и температура) излучения, пришедшего с разных сторон Вселенной, поразительно одинакова: различия составляют лишь тысячные доли процента!

Данные, полученные на старых спутниках, не давали повода сомневаться в адекватности предположения об изотропии Вселенной. Однако когда в 2003 году были опубликованы детальные карты фонового микроволнового излучения, полученные спутником нового поколения WMAP, многие исследователи усмотрели в них проявление самых необычных свойств нашей Вселенной. (Подробности про эксперимент WMAP и его последствия для астрофизики читайте в статьях Что измерил WMAP?)

Пожалуй, наиболее захватывающим было предположение о том, что наша Вселенная имеет сложную топологию: например,геометрию футбольного мяча или дажедудки. Однако данные в пользу этой гипотезы пока слишком слабы. Другим, более серьезным эффектом явились намеки на существование во Вселенной некоторой выделенной оси, вокруг которой предпочитают выстраиваться флуктуации микроволнового излучения. Подозрения в том, что это не вписывается в стандартную картину, звучали неоднократно на протяжении последних двух лет. Стало ясно, что для получения однозначного ответа необходимо провести тщательный анализ всех известных погрешностей, неоднозначностей, случайных шумов.

Результаты такого анализа были опубликованы на днях в статье британских ученых K. Lane, J. Magueijo, Physical Review Letters, 95, 071301 (11 August 2005)(статья доступна также как astro-ph/0502237). Они исследовали различные версии карт фонового излучения, полученных WMAP (различие заключалось в методах обработки «сырых» данных и очистки от шумов), а также использовали различные методики разложения карт насферические гармоники — функции, показывающие силу угловых флуктуаций различного периода.

После такого детального исследования выяснилось, что подтверждается лишь часть первоначальных подозрений, но зато как подтверждается! Было найдено, что сферические гармоники, отвечающие количеству колебаний 2, 3, 4 и 5, которые должны быть совершенно нескоррелированы, на самом деле выстроены вдоль одного направления. Более того, некоторые гармоники имели очень сильную корреляцию в фазе. Приабсолютно случайном моделировании только в одном случае из 20 тысяч попыток получалось нечто похожее! Поэтому возникает ощущение, что во Вселенной действительно есть некотораяособенная ось, вокруг которой разворачиваются низкочастотные колебания.

Для большей надежности ученые применили ту же самую обработку к 110 «смоделированным» картам. Эти карты генерировались компьютером в предположении, что Вселенная изотропна, однако учитывали все погрешности эксперимента и прочие шумы. Вывод однозначен: ни в одном из 110 случаев не было и намека на столь сильно выделенное направление!

Этот результат, несомненно, является тревожным звоночком для общепринятой космологической теории. Нельзя сказать, что теоретическая физика совсем уж в растерянности — сейчас уже разработаны модели устройства Вселенной с самыми разнообразными экзотическими свойствами. Однако если выделенная ось Вселенной подтвердится будущими экспериментами (например, спутникомPlanck, который должен быть запущен в 2007 году), учебники, безусловно, придется переписывать.