☰
Наука

Таємниці Всесвіту: 5 космічних аномалій, які змушують астрофізиків сумніватися у законах фізики

Денис Коротинський
180
Всесвіт. Фото: nasa.gov
Всесвіт сповнений загадок, що кидають виклик нашому розумінню простору і часу. Зібрали топ-5 космічних аномалій, які змушують переписувати закони фізики.

Сучасна наука міцно спирається на Загальну теорію відносності Альберта Ейнштейна та Стандартну модель фізики елементарних частинок. Проте космос регулярно підкидає відкриття, які абсолютно не вписуються в ці жорсткі рамки.

Важливо! Сьогодні астрофізика переживає одну з найбільших криз. Сучасні телескопи фіксують явища, які доводять, що наші математичні моделі є неповними. Науковці постали перед фактом: або у вимірюваннях є невидима системна помилка, або людству доведеться відкрити абсолютно нову фізику, яка змінить базові правила гри у Всесвіті.

Нижче наведено п'ять головних космічних аномалій, через які фундаментальні теорії тріщать по швах.

Всесвіт. Фото: nasa.gov

Темний сектор: гравітаційний колапс теорій

Парадокс полягає в тому, що ми бачимо лише 5% Всесвіту (зірки, планети, газ і ми самі). Решта простору припадає на дві загадкові субстанції, які неможливо виявити напряму — лише через їхні глобальні космічні наслідки.

  • Темна матерія (~27%): У 1970-х роках астрономка Віра Рубін виявила парадокс: зірки на краях галактик обертаються так само швидко, як і в центрі. За законами фізики, відцентрова сила мала б розірвати галактику на шматки, адже видимої маси забракло б для утримання зірок. Оскільки цього не стається, галактики скріплює колосальна маса невидимої речовини. Деякі фізики пропонують альтернативу — теорію MOND (Модифікована ньютонська динаміка), яка припускає, що на величезних відстанях гравітація працює інакше, проте вона досі не пояснює всього.
  • Темна енергія (~68%): Сила, яка змушує Всесвіт розширюватися з постійним прискоренням (хоча гравітація мала б уповільнювати цей процес). Ейнштейн колись ввів її у свої рівняння як «космологічну сталу», а згодом назвав це своєю найбільшою помилкою. Сьогодні ж розрахована теоретична щільність цієї енергії відрізняється від реальних спостережень на 120 порядків. Це найбільша розбіжність між теорією та практикою в історії науки.

Всесвіт. Фото: nasa.gov

«Вісь зла»: криза головного постулату космології

Сучасна астрофізика тримається на Космологічному принципі: Всесвіт на великих масштабах є однорідним та ізотропним. Тобто у космосу немає «верху», «низу», «центру» чи «краю», і він усюди однаковий.

Проте телескопи WMAP та Planck, досліджуючи реліктове випромінювання («луну» Великого вибуху), виявили шокуючу аномалію. Теплові коливання раннього космосу не розкидані хаотично, як очікувалося, а вишикувалися вздовж чіткої лінії, яку вчені охрестили «Віссю зла». Дивним чином ця вісь ще й орієнтована відносно площини Сонячної системи. Якщо це не дефект оптики, то наш Всесвіт має виділену вісь обертання або розширюється нерівномірно (можливо, будучи «затиснутим» у мультивсесвіті).

Всесвіт. Фото: nasa.gov

Швидкі радіосплески (FRB): надважка фізика магнетарів

Швидкі радіосплески (FRB) — це спалахи, які тривають від тисячної до кількох мілісекунд, але виділяють стільки ж енергії, скільки наше Сонце випромінює за десятки тисяч років. Коли у 2007 році зафіксували перший такий сигнал, вчені подумали про технічний збій телескопа.

Головна загадка полягає в механізмі їхньої генерації. Об'єкт має бути надзвичайно компактним (діаметром у кілька десятків кілометрів). Головні «підозрювані» — магнетари (нейтронні зірки з магнітним полем, що в трильйони разів потужніше за земне). Процеси «зоретрусів» на них можуть викидати плазму, перетворюючи магнітну напругу на чисту радіоенергію, але деякі сигнали (як FRB 180916) повторюються з чітким циклом кожні 16 днів, що вимагає вкрай складних орбітальних механік, які наука лише починає моделювати.

Надмасивні чорні діри: порушення межі Еддінгтона

У центрі нашої галактики знаходиться чорна діра Стрілець А* масою близько 4 млн сонць, яка росла понад 13 млрд років. Проте космічний телескоп Джеймс Вебб (JWST) виявив справжній часовий парадокс у ранньому Всесвіті.

Він зафіксував монструозні чорні діри з масою в мільярди сонячних, які вже існували через 400–500 мільйонів років після Великого вибуху. Це фізично неможливо через так звану межу Еддінгтона: коли чорна діра поглинає матерію надто швидко, випромінювання від розігрітого газу створює світловий тиск, який відштовхує «їжу» назад у космос. Щоб пояснити цих монстрів, фізикам доводиться створювати теорії прямого колапсу — коли велетенські хмари газу в ранньому Всесвіті миттєво стискалися в чорні діри масою понад 100 000 сонць, оминаючи стадію зірки.

Всесвіт. Фото: nasa.gov

Проблема Габбла: Всесвіт розширюється не за правилами

Це явище отримало назву «напруженість Габбла» (Hubble Tension) і вважається найбільшою катастрофою сучасної астрофізики. Вчені вимірюють сталу Габбла (позначається як H0 — швидкість розширення Всесвіту) двома принципово різними, але надточними методами, і вони дають різні результати.

Метод вимірювання Суть методу Отриманий результат H0​
Ранній Всесвіт (Телескоп Planck) Аналіз акустичних коливань реліктового випромінювання (віком 13.8 млрд років) з використанням космологічної моделі CDM. 67.4 км/с на мегапарсек
Сучасний Всесвіт (Телескоп Hubble) Вимірювання відстаней до реальних об'єктів у сусідніх галактиках (пульсуючих цефеїд та наднових зірок). 73.0 км/с на мегапарсек

Статистична точність обох методів настільки висока, що ймовірність похибки становить менше ніж 1 на мільйон. Висновок шокує: сьогодні Всесвіт розширюється значно швидше, ніж передбачає теорія, побудована на аналізі його минулого. Це прямо вказує на те, що або темна енергія є динамічною і змінюється з часом, або існують невідомі нам субатомні частинки, про які сучасна фізика ще нічого не знає.

Читайте по темі

Авторська стаття