Австралийский учёный из Университета Квинсленда доктор Леонардо Джани разработал новую математическую модель, которая впервые учитывает взаимодействие расширяющихся пустот и коллапсирующих областей вещества во Вселенной. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters (PRL) 15 августа 2025 года, предлагает объяснение ключевых космологических загадок без привлечения новой физики.

Новая модель и данные DESI

Модель Джани основана на данных проекта Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), который собирает спектроскопические измерения объектов на расстоянии до 11 миллиардов световых лет. Эти данные позволили учёному проанализировать крупномасштабную структуру Вселенной, включая скопления галактик, звёзды, чёрные дыры и обширные пустоты — области с низкой плотностью вещества.

«Стандартная космологическая модель предполагает, что частицы материи одинаковы и не взаимодействуют. Но в реальности мы видим звезды, черные дыры, скопления галактик и пустоты, которые постоянно взаимодействуют, прежде всего через гравитацию», — объяснил Джани.

Его модель учитывает динамику этих структур, особенно влияние пустот и коллапсирующих областей, которые ранее игнорировались или упрощались в стандартной модели ΛCDM (Лямбда-CDM), предполагающей, что Вселенная состоит из 70% тёмной энергии, 25% тёмной материи и 5% обычной материи.

Пустоты и их роль

Космические пустоты — это гигантские области с низкой плотностью вещества, которые могут простираться на сотни миллионов световых лет. В отличие от стандартной модели, которая предполагает однородное распределение материи, новая модель Джани описывает, как пустоты и сгустки вещества искажают космологические наблюдения.

«Мы давно знаем, что пустоты и коллапсирующие области существуют, но не умели правильно учесть их влияние. Моя модель дает рецепт, как это сделать — и без привлечения новой физики», — отметил Джани.

Учёный рассчитал минимальные размеры пустот и скоплений, которые оказывают заметное влияние на измерения, такие как красное смещение галактик и параметры расширения Вселенной. Сравнение данных DESI с другими независимыми каталогами показало расхождения с предсказаниями стандартной модели, но совпадение с прогнозами новой модели в определённых регионах анализа. Это указывает на то, что крупные пустоты могут быть причиной наблюдаемых аномалий.

Решение космологических загадок

Работа Джани затрагивает две ключевые проблемы современной космологии:

  1. Расхождение Хаббла: Разные методы измерения скорости расширения Вселенной (постоянной Хаббла) дают противоречивые результаты. Например, наблюдения реликтового излучения спутниками WMAP и Planck указывают на значение около 68 км/с/Мпк, тогда как наблюдения за близкими галактиками дают около 73 км/с/Мпк. Модель Джани предполагает, что пустоты и сгустки вещества искажают локальные измерения, что может объяснить это расхождение без необходимости вводить новые физические законы.
  2. Динамическая тёмная энергия: Некоторые учёные предполагают, что тёмная энергия, ответственная за ускоренное расширение Вселенной, может изменяться со временем. Джани утверждает, что наблюдаемое «ослабление» тёмной энергии может быть иллюзией, вызванной влиянием крупномасштабных структур, таких как пустоты.

«Наш подход может объяснить оба явления, не вводя дополнительных сущностей. То, что выглядит как ослабление энергии, на деле может быть просто проявлением структуры Вселенной сегодня», — сказал Джани.

Значение открытия

Модель Джани предлагает новый взгляд на эволюцию Вселенной, подчёркивая роль её неоднородной структуры. Это открытие имеет несколько важных последствий:

  • Упрощение космологии: Вместо введения новых физических концепций, таких как изменяющаяся тёмная энергия, модель использует существующие данные о пустотах и скоплениях для объяснения аномалий.
  • Подтверждение данных DESI: Совпадение результатов модели с наблюдениями DESI подтверждает высокую точность современных спектроскопических данных и их потенциал для переосмысления космологических теорий.
  • Локальная неоднородность: Работа поддерживает гипотезу, что Млечный Путь может находиться в области пониженной плотности (пустоте), что искажает измерения скорости расширения Вселенной.

Вкратце…

Новая математическая модель Леонардо Джани, основанная на данных DESI, впервые учла влияние расширяющихся пустот и коллапсирующих областей вещества на эволюцию Вселенной. Она предлагает решение для «расхождения Хаббла» и гипотезы о динамической тёмной энергии, объясняя их как следствие крупномасштабной структуры Вселенной. Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, подчёркивает важность пустот в космологии и демонстрирует, что даже без новой физики можно объяснить сложные явления, наблюдаемые во Вселенной.