Фрагмент трехмерной карты, созданной BOSS. Фото предоставлено: Джереми Тинкер и сотрудничество SDSS-III. Фото предоставлено: Джереми Тинкер и сотрудничество SDSS-III
Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, анализирует наиболее полный набор данных о скоплениях галактик для проверки модели ΛCDM и выявляет расхождения в формировании космических структур во Вселенной, что предполагает новую физику.
Модель ΛCDM — это стандартная модель космологии, описывающая эволюцию, расширение и структуру Вселенной. Она включает холодную темную материю (CDM), нормальную материю и излучение, а также космологическую постоянную (Λ), которая объясняет темную энергию.
Модель успешно объяснила несколько космологических наблюдений, в том числе крупномасштабную структуру Вселенной, ускоряющееся расширение Вселенной и космический микроволновый фон (CMB), который представляет собой послесвечение Большого взрыва.
Тем не менее, ΛCDM не принимает во внимание такие явления, как космическая инфляция, темная энергия и темная материя. Недавние наблюдения, такие как данные DESI (Инструмент исследования темной энергии), предполагают возможные аномалии в ΛCDM.
Исследовательская группа хотела проанализировать, могут ли эти аномалии быть связаны между собой и указать на конкретную новую физическую модель.
В состав команды входили Dr. Ши-Фан Чен из Института перспективных исследований, Нью-Джерси; профессор Михаил Иванов из Массачусетского технологического института; Доктор Оливер Филкокс из Колумбийского университета; и Лукас Венцль, аспирант Корнеллского университета.
О мотивации своей работы Др. Чен: «Здорово иметь возможность предсказывать что-либо о Вселенной, но что особенно здорово, так это то, что у нас есть много разных наблюдаемых из многих исследований, измерения которых мы можем смоделировать, используя последовательную эффективную теорию».
Соедините космические точки
Как уже упоминалось, модель ΛCDM не учитывает некоторые явления, основанные на недавних наблюдениях.
К ним относятся несоответствия между прямыми и косвенными измерениями скорости расширения Вселенной (напряжение Хаббла), несоответствия между прямыми и косвенными измерениями накопления материи и свидетельством существования динамической темной энергии.
Подход исследовательской группы является новым, поскольку они хотят выяснить, может ли одна и та же основная физика объяснить эти аномалии. Чтобы проверить гипотезу, исследователи объединили измерения из нескольких источников, чтобы создать комплексный набор данных.
Сюда входили набор данных BOSS (Спектроскопический обзор барионных колебаний) DR12 с северными и южными галактическими шапками, выборки LOWZ (галактики с низким красным смещением) и выборки CMASS (галактики с большой массой), охватывающие различные диапазоны красных смещений, а также взаимная корреляция с гравитационным полем Planck -CMB. линзирующие карты.
Эти данные были проанализированы в двух средах: в рамках стандартной модели ΛCDM и в рамках динамической модели темной энергии, чтобы проверить результаты DESI.
Доктор Филкокс объяснил, как им удалось обеспечить высокую точность выбранных данных. «Мы действительно пытались выбрать последовательные определения для выборок галактик, отбрасывая части доступных данных с непреднамеренными ошибками в критериях отбора, за счет наших статистических ограничений, даже когда предыдущие анализы использовали эти данные».
«Кроме того, в рамках предыдущей работы мы провели множество тестов взаимной корреляции с линзой CMB, чтобы убедиться в отсутствии очевидной систематики».
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
Вселенная, которая растет слишком медленно?
Анализ ΛCDM выявил немного меньшую скорость роста космических структур, чем предполагалось, что показало значительное отклонение (напряжение 4,5σ) от результатов Планка.
Кроме того, он подтвердил существующие значения плотности материи, постоянной Хаббла и структурного роста.
В ходе динамического анализа темной энергии команда не нашла четких доказательств существования динамической темной энергии, что позволяет предположить, что темная энергия ведет себя как космологическая постоянная. Наблюдаемое подавление структурного роста аналогично предсказанному анализом ΛCDM.
Наконец, значение постоянной Хаббла согласуется с данными Планка, но противоречит прямым локальным измерениям.
Профессор Иванов объяснил: «Мы обнаружили, что формирование структур в поздней Вселенной, где эффекты темной энергии наиболее выражены, по крайней мере, согласно измерениям галактик в обзоре BOSS, по сравнению с ожиданиями от ранней Вселенной и реликтового излучения, по-видимому, быть существенно подавлена».
«Это верно, даже если мы позволим истории расширения отклоняться от стандартной космологической постоянной формы темной энергии».
Новая физика или ошибки в данных
По мнению команды, вероятность того, что подавленный структурный рост является случайным, составляет 1 к 300 000, что убедительно свидетельствует о том, что происходит что-то необъяснимое в виде неизвестной систематики в данных или новой физики.
Результаты также предоставляют самые убедительные доказательства наличия напряжения σ8 и показывают, что динамическая темная энергия не может его разрешить.
Венцль объяснил: «Если этот сигнал сохранится, в дополнение к упомянутым новым методам наблюдения и систематическим испытаниям будет интересно посмотреть, какие типы новой физики могут помочь разрешить напряженность в отношении реликтового излучения».
«Например, было бы очень здорово, если бы этот сигнал могли объяснить нестандартные кандидаты в темную материю, такие как аксионная темная материя или темная материя, которая каким-то образом взаимодействует сама с собой, или барионы и тем самым изменяют формирование структуры».
Результаты исследования бросают вызов нашему пониманию формирования космических структур и, что более важно, одной из наиболее фундаментальных моделей космологии.
Данные предстоящих исследований галактик внесут ясность в эти расхождения и покажут, нужно ли нам фундаментально изменить наше понимание крупномасштабных структур во Вселенной.
