Эхо Большого взрыва указывает на возможное расположение Млечного Пути внутри космической пустоты

Галактика Млечный Путь может находиться внутри гигантской космической пустоты диаметром около 2 млрд световых лет. Об этом свидетельствуют барионные акустические колебания — остаточные следы звуковых волн, которые перестали распространяться спустя 380 тыс. лет после Большого взрыва, но сохранились в крупномасштабной структуре вещества во Вселенной. Эта гипотеза может объяснить расхождение между локальными и космологическими оценками скорости её расширения.

Источник изображения: Moritz Haslbauer, Zarija Lukic / Royal Astronomical Society, CC BY 4.0

Международная группа учёных под руководством космолога Индранила Баника (Indranil Banik) из Портсмутского университета (UoP) предложила возможное объяснение одного из центральных противоречий современной космологии — расхождения между двумя независимыми методами измерения скорости расширения Вселенной. Первый подход основан на наблюдениях ранней Вселенной, включая космическое микроволновое фоновое излучение (CMB) и барионные акустические осцилляции (BAO).

Эти методы позволяют определить так называемое космологическое значение постоянной Хаббла, составляющее приблизительно 67,4 км/с на мегапарсек при типовой погрешности ±0,5. Второй подход опирается на наблюдения за ближними астрономическими объектами, такими как переменные звёзды цефеиды и сверхновые типа Ia (эталонные источники света, по которым астрономы точно измеряют расстояния в космосе). С его помощью получают локальное значение постоянной Хаббла порядка 73,0 км/с на мегапарсек с погрешностью около ±1. Это расхождение, известное как напряжённость Хаббла, достигает статистической значимости в 3,3 сигма, что исключает его случайный характер и требует физического объяснения.

По расчётам исследователей, объяснением этого расхождения может быть локальная пустота — регион в космосе, плотность которого примерно на 20 % ниже среднего значения. Согласно модели Баника, если наша галактика располагается близко к центру такой пустоты, то вещество под действием гравитации будет медленно перетекать в более плотные регионы Вселенной. Это приведёт к ускоренному оттоку материи из внутренней части, и, как следствие, создаст иллюзию более быстрого локального расширения. Подобная гипотеза уже предлагалась в прошлом, однако только сейчас получено количественное подтверждение её достоверности.

Барионные акустические колебания (BAO) сформировали гигантские кольцевые структуры, видимые в распределении галактик. Эти структуры служат космической «линейкой», позволяющей оценить параметры расширения Вселенной. Источник изображения: Gabriela Secara / Perimeter Institute, CC BY 4.0

Авторы исследования обратились к анализу барионных акустических колебаний — колебаний плотности, возникших в ранней Вселенной, когда она была заполнена горячей плазмой. Тогда гравитация и излучение формировали звуковые волны, распространявшиеся сквозь сжимающееся вещество. Когда Вселенная стала менее плотной, волны прекратились, но их отпечатки остались в виде гигантских сферических структур — своеобразных колец диаметром около 1 млрд световых лет. Эти кольца, называемые BAO, можно рассматривать как «застывший звук Большого взрыва».

Согласно расчётам, основанным на байесовском анализе данных о барионных акустических колебаниях за последние 20 лет, модель с локальной пустотой оказалась примерно в 100 млн раз более вероятной, чем однородная модель без пустоты, согласованная с наблюдениями космического микроволнового фона, полученными спутником Planck.

Чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу, команда планирует начать серию наблюдений объектов в окрестностях Млечного Пути. В фокусе внимания окажутся сверхновые, цефеиды и галактики, чьи характеристики позволят проверить структуру ближайшего пространства. Для этого будут задействованы данные новейших телескопов, включая Euclid и Nancy Grace Roman, запущенных в 2023 году. Эти аппараты способны проводить спектроскопические замеры с беспрецедентной точностью и уточнить параметры BAO на различных космологических масштабах. Подтверждение гипотезы о существовании локальной пустоты может стать концептуальным сдвигом в космологии XXI века.