Kosmologia przez dekady opierała się na jednym, wygodnym założeniu: Wszechświat wygląda tak samo we wszystkich kierunkach. Niezależnie od tego, gdzie spojrzymy – prawa fizyki i rozkład materii mają być statystycznie identyczne. Problem w tym, że coraz więcej danych sugeruje coś zupełnie innego. Wszechświat może być asymetryczny, a to oznacza kłopoty dla standardowego modelu kosmologicznego.
Nowe badania wskazują, że jedno z najpoważniejszych kosmologicznych „napięć” – tzw. kosmiczna anomalia dipola – nie jest drobną niedokładnością, lecz realnym sygnałem, że obecny opis Wszechświata może być po prostu błędny.
Dlaczego symetria Wszechświata jest tak ważna?
Obowiązujący dziś standardowy model kosmologiczny (Lambda-CDM) zakłada, że Wszechświat jest:
- jednorodny (w dużej skali wszędzie podobny),
- izotropowy (wygląda tak samo w każdym kierunku).
To założenie pozwala stosować tzw. metrykę FLRW, czyli maksymalnie symetryczny opis czasoprzestrzeni wynikający z ogólnej teorii względności Einsteina. Dzięki temu równania kosmologii da się w ogóle rozwiązać.
Jeśli jednak Wszechświat nie jest izotropowy, cały ten matematyczny fundament zaczyna się chwiać.
Mikrofalowe promieniowanie tła – kosmiczny punkt odniesienia
Najmocniejszym argumentem za symetrycznym Wszechświatem jest mikrofalowe promieniowanie tła (CMB) – pozostałość po Wielkim Wybuchu. Jest ono zadziwiająco jednorodne: różnice temperatur sięgają zaledwie jednej części na sto tysięcy.
Ale nie są zerowe.
Największą z nich jest tzw. dipol CMB – jedna połowa nieba jest minimalnie cieplejsza, druga chłodniejsza. Tradycyjnie tłumaczy się to ruchem Ziemi (i całej Drogi Mlecznej) względem promieniowania reliktowego.
I tu zaczynają się schody.
Test Ellisa-Baldwina: prosty, brutalny sprawdzian kosmologii
Jeśli Wszechświat jest rzeczywiście izotropowy, to dipol widoczny w CMB powinien mieć swoje odbicie w rozkładzie materii – na przykład w rozmieszczeniu bardzo odległych galaktyk, radiogalaktyk i kwazarów.
To właśnie sprawdza test Ellisa-Baldwina.
Dzięki nowym, ogromnym katalogom danych astronomicznych – z radioteleskopów naziemnych i satelitów obserwujących podczerwień – test ten można było wreszcie przeprowadzić z odpowiednią precyzją.
Wynik?
Wszechświat nie zdaje tego testu.
Kosmiczna anomalia dipola – co się nie zgadza?
Dane pokazują coś bardzo niewygodnego:
- kierunek dipola materii i dipola CMB jest zgodny,
- ale ich amplitudy już nie.
Innymi słowy: rozkład odległej materii we Wszechświecie wykazuje znacznie silniejszą asymetrię, niż pozwala na to standardowy model Lambda-CDM.
To nie jest błąd jednego teleskopu ani jednego zakresu promieniowania. Ten sam efekt pojawia się:
- w danych radiowych,
- w obserwacjach w podczerwieni,
- w niezależnych eksperymentach.
To bardzo zła wiadomość dla obecnej kosmologii.
Dlaczego ta anomalia jest groźniejsza niż napięcie Hubble’a?
O napięciu Hubble’a mówi się głośno, bo dotyczy tempa rozszerzania się Wszechświata. Jednak anomalia dipola kosmicznego uderza głębiej – w samo założenie symetrii Wszechświata.
Jeśli to założenie jest fałszywe:
- model Lambda-CDM przestaje być poprawny,
- metryka FLRW może nie opisywać rzeczywistości,
- trzeba wrócić do podstaw i budować kosmologię od nowa.
Nic dziwnego, że temat bywa pomijany. Nie ma tu prostego „łatwego poprawienia parametru”.
Co dalej? Nadchodzi zalew danych
Najbliższe lata mogą być przełomowe. Do gry wchodzą:
- satelity Euclid i SPHEREx,
- Obserwatorium Very Rubin,
- Square Kilometre Array (SKA).
Ich dane będą tak szczegółowe, że ignorowanie asymetrii stanie się niemożliwe. Coraz częściej mówi się też o wykorzystaniu sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego, aby znaleźć nowy, bardziej realistyczny model Wszechświata.
Czy kosmologia stoi u progu rewolucji?
Jeśli kosmiczna anomalia dipola się potwierdzi – a wszystko wskazuje, że tak – czeka nas jedna z największych rewolucji w fizyce fundamentalnej od czasów Einsteina.
Być może Wszechświat nie jest idealnie uporządkowanym, symetrycznym bytem. Być może od samego początku był lekko przekrzywiony, nierówny, asymetryczny.
A to oznacza, że dopiero zaczynamy rozumieć, jak naprawdę wygląda kosmos, w którym żyjemy.