Группа теоретиков от астрофизики составе: доктора Ши-Фан Чен из Института перспективных исследований, Нью-Джерси; профессора Дж. Михаила Иванова из Массачусетского технологического института; доктора Оливера Филкокса из Колумбийского университета; и Лукаса Венцла, аспиранта Корнеллского университета сравнили свою модель “математической вселенной” ΛCDM и не входящие в неё теории, например, теорию “космической инфляции”. с разными наблюдениями мира галактик. , При этом они выявили множество несоответствий в формировании космических структур. В виде вывода они заявили, что все выявленные несоответствия можно и нужно решать с помощью очередной серии измышлений которые можно назвать “новой физикой”.
Для этих теоретиков мотивирующим фактором было то, что модель ΛCDM не учитывает некоторые явления, основанные на недавних наблюдениях. К ним относятся расхождения между прямыми и косвенными измерениями скорости расширения “математической вселенной” (коэффициент Хаббла), расхождения между прямыми и косвенными измерениями кластеризации материи, т.е. роста структуры (коэффициент σ8), и недавние данные DESI (Dark Energy Survey Instrument), предполагающие возможные доказательства существования динамической темной энергии.
В общем они хотели выяснить, могут ли имеющиеся теории математической физики, объяснить все аномалии. Чтобы проверить гипотезу, исследователи объединили измерения из нескольких источников, чтобы создать всеобъемлющий набор данных. Это включало набор данных BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) DR12 с северными и южными галактическими шапками, выборки LOWZ (галактики с низким красным смещением) и CMASS (галактики с высокой массой), охватывающие различные диапазоны красного смещения, и взаимную корреляцию с картами “гравитационного линзирования” Планка CMB. Эти данные были проанализированы в двух условиях: в рамках стандартной модели ΛCDM и в рамках динамической модели темной энергии, чтобы проверить выводы DESI.
Анализ выявил меньшую скорость роста космических структур, чем прогнозировалось ΛCDM, что свидетельствует о значительном расхождении (4,5σ) с результатами Планка. Существующие значения плотности вещества, постоянной Хаббла и роста структуры не отрицались. В ходе динамического анализа темной энергии команда не обнаружила убедительных доказательств существования динамической темной энергии. Значение постоянной Хаббла как бы согласуется с данными Планка, но расходится с прямыми локальными измерениями. Профессор Иванов пояснил: “Мы обнаружили, что формирование структур в поздней Вселенной, где влияние темной энергии наиболее выражено, по крайней мере, по данным исследования галактик BOSS, кажется существенно подавленным по сравнению с ожиданиями от ранней Вселенной и реликтового излучения”. “Это верно, даже если мы допускаем, что история расширения отличается от стандартной космологической постоянной формы темной энергии”.
По словам команды, вероятность того, что подавленный рост структуры является случайным, составляет 1 к 300 000, что убедительно свидетельствует о том, что происходит нечто необъяснимое в виде неизвестной систематики в данных или “новой физики” (очередных измышлений). Полученные данные также являются самым убедительным на сегодняшний день доказательством существования напряженности σ8 и показывают, что динамическая темная энергия не может ее устранить. Венцл объяснил: “В дополнение к упомянутым новым методам наблюдений и систематическим тестам, если этот сигнал сохранится, будет интересно посмотреть, какие новые физические методы могут помочь разрешить проблему реликтового излучения”. “Например, было бы очень здорово, если бы нестандартные кандидаты в “темную материю”, такие как “аксионическая темная материя” или темная материя, которая каким-то образом взаимодействует сама с собой или с барионами, что могло бы изменить формирование структуры, могли объяснить этот сигнал”.
Вывод команды: “Результаты исследования бросают вызов нашему пониманию формирования космических структур и, что более важно, одной из самых фундаментальных моделей в космологии. Данные предстоящих исследований галактик внесут ясность в эти расхождения, и если нам понадобится фундаментальное изменение в нашем понимании крупномасштабных структур во Вселенной”.
Дополнительная информация: Ши-Фан Чен и др., Подавление без размораживания: сдерживание формирования структуры и темной энергии при кластеризации галактик, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.231001. В arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2406