Крупнейшая трёхмерная карта видимой Вселенной принесла космологам результат, который им вряд ли понравится. Анализ 47 млн галактик из обзора DESI показывает: на масштабе примерно 3,26 млрд световых лет распределение вещества может различаться в зависимости от направления, хотя стандартная модель предполагает статистическую однородность на больших расстояниях. Если это подтвердится, под вопросом окажется не какая-то частная гипотеза, а один из базовых принципов космологии.
Авторы работы — Франческо Силос Лабини и Марко Галоппо — опирались на каталог Dark Energy Spectroscopic Instrument. Этот проект за несколько лет собрал спектры десятков миллионов объектов и стал одним из главных источников данных для космологии 2020-х. Исследователи смотрели на галактики на расстояниях до 11 млрд световых лет и проверяли не одно «подозрительное» направление, а всю статистику распределения материи по небу.
Для этого они использовали метод ADPD, Angular Distribution of Pairwise Distances. Он показывает, как меняется распределение пар галактик одновременно по расстоянию и по направлению, без жёсткой привязки к заранее выбранной модели. В статье авторы пишут, что анизотропия — различия структуры Вселенной в разных направлениях — сохраняется в их анализе вплоть до гигапарсековых масштабов.
И вот тут результат становится неудобным. Локально Вселенная действительно выглядит «рваной»: скопления галактик, нити космической паутины, огромные пустоты. Но с ростом масштаба всё это должно усредняться. Новая работа говорит, что это усреднение, возможно, начинается заметно позже, чем принято думать, или вообще идёт не так прямолинейно.
Космологический принцип держится не на одной удачной формулировке, а на целой серии наблюдений. Самый известный аргумент — реликтовое излучение: карта микроволнового фона, которую уточняли миссии WMAP и Planck, показывает почти одинаковую температуру по всему небу с отклонениями порядка 10-5. На этой основе и работает стандартная модель ΛCDM, описывающая расширение Вселенной, тёмную материю и рост крупномасштабной структуры.
Но «почти одинаково» — это ещё не конец разговора. В последние годы космологи снова и снова возвращаются к аномалиям больших масштабов: оси квадруполя и октуполя в реликтовом фоне, гигантским пустотам, сверхкрупным структурам вроде Hercules-Corona Borealis Great Wall, а ещё к напряжению в измерениях постоянной Хаббла. По отдельности эти сюжеты не рушат стандартную модель, но оставляют неприятное ощущение: на самых больших расстояниях у Вселенной есть свои сюрпризы.
DESI в этой истории особенно важен. Коллаборация строила трёхмерную карту Вселенной по спектрам галактик и квазаров и уже публиковала результаты, которые использовали для уточнения истории расширения космоса и свойств тёмной энергии. По масштабу наблюдений DESI стоит рядом с SDSS, а в ближайшие годы его выводы будут сопоставлять с данными Euclid и обсерватории Веры Рубин. То есть речь идёт не об экзотике на обочине, а об одном из главных массивов астрономических данных десятилетия.
При этом нынешняя работа не объявляет космологический принцип несостоятельным. Авторы сами отмечают, что эффект нужно перепроверить независимыми методами и на других выборках. Есть и более спокойный вариант: на ещё больших масштабах распределение всё же выровняется, а найденная анизотропия окажется переходным режимом или следствием того, как именно устроен статистический анализ.
Если сигнал сохранится, космологам придётся расширять набор рабочих моделей. Возможно, речь пойдёт о более общих решениях уравнений общей теории относительности, допускающих крупные неоднородности, о влиянии «обратной реакции» структуры на расширение пространства или о более сложных сценариях с самовзаимодействующей тёмной материей. Для фундаментальной космологии это редкий случай, когда одна статистическая аномалия может добраться до самых нижних этажей теории.
Проверка, скорее всего, не растянется на десятилетия. Новые сравнения можно ждать по мере выхода следующих анализов DESI, а также по данным Euclid, который уже начал строить карту тёмной Вселенной. Если разные обзоры увидят ту же анизотропию на масштабе гигапарсека, спор о «средней» Вселенной быстро выйдет за рамки узкой академической дискуссии.