Британский физик из университета Эдинбурга Эндрю Лид вместе со своей португальской коллегой из университета Лиссабона Мариной Кортес представили теорию, объясняющую неоднородность реликтового излучения. Краткое изложение их концепции приводит Nature News, а полный текст работы опубликован в Physical Review Letters.
В своей работе исследователи прежде всего подтвердили, что обнаруженные телескопом «Планк» неоднородности реликтового излучения нельзя объяснить в рамках теории, согласно которой Вселенная в первые моменты своей жизни расширялась однородно, испытывая лишь небольшие отклонения от этого однородного расширения. Против такого равномерного, хотя и очень быстрого расширения говорит то, что на «восточной» половине неба температура реликтового излучения сейчас варьируется сильнее, чем на «западной»: стороны света взяты в кавычки, так как речь идет о галактической, а не привязанной к Земле системе координат.
По мнению авторов исследования, неоднородный реликтовый фон отражает вмешательство в самую раннюю стадию расширения Вселенной, в инфляцию, некоторого дополнительного поля, искривляющего пространство-время. Стадией инфляции (отметим, что она присутствует не во всех космологических теориях) астрофизики называют период очень быстрого расширения Вселенной тогда, когда составных частиц вроде протонов или нейтронов еще не было, а вещество было представлено в виде кварк-глюонной плазмы. На этом этапе, согласно стандартной инфляционной теории, активно проявляло себя некое инфляционное поле, которое и обеспечило быстрое расширение Вселенной, а затем отдало свою энергию обычным частицам и сошло на нет. Ученые, представившие новую работу, замечают то, что само по себе инфляционное поле не могло бы обеспечить наблюдаемой вспышки (реликтовый фон это в буквальном смысле вспышка излучения, образовавшегося при рождении Вселенной), поэтому они предлагают обратиться к дополнительному полю, придавшему пространству-времени Вселенной на стадии инфляции отрицательную кривизну.
Понятие отрицательной кривизны в двумерном случае означает то, что произвольный треугольник, охватывающий значительную часть Вселенной, будет иметь сумму углов меньше 180 градусов. Это геометрическое определение, которое применимо к любой поверхности или, в общем случае, к любому пространству: поверхностью отрицательной кривизны является, к примеру, псевдосфера. Физикам-теоретикам удалось показать, что добавление такого «отрицательно искривляющего» поля приведет к возникновению реликтового излучения, схожего с реально наблюдаемым.
По мнению незадействованного в новой работе физика-теоретика, Андрианны Эрикек из университета Северной Каролины в США, Лид и Кортес удалось объяснить наблюдаемую асимметрию Вселенной из «первых принципов», то есть только на основе действовавших на стадии инфляции полей. В 2008 году Эрикек вместе с коллегами предложила схожую модель, но в ней не фигурировала отрицательная кривизна пространства-времени на стадии инфляции. Это отличие очень важно, так как отрицательная кривизна должна была сохраниться до наших дней и ее, возможно, удастся подтвердить астрономическими наблюдениями.
Расширение Вселенной было открыто в 1920-х годах. Сначала его на основе общей теории относительности предсказал Александр Фридман, а потом это явление подтвердилось при анализе расстояний до других галактик: значительную часть наблюдений провел американский астроном Эдвин Хаббл, именем которого названа постоянная Хаббла. Постоянная Хаббла равна примерно 70 километрам в секунду на мегапарсек и это означает то, что при удалении на один мегапарсек (3,26 миллиона световых лет) скорость движения объекта от нас за счет расширения Вселенной возрастает на 70 километров в секунду.