Jedna od temeljnih pretpostavki moderne kozmologije kaže da svemir, gledan na dovoljno velikim razmjerima, mora izgledati jednako u svim smjerovima. Nova analiza podataka instrumenta DESI sada dovodi tu ideju pod ozbiljniji pritisak, jer upućuje na to da se galaksije i na golemim udaljenostima grupiraju drukčije nego što bi standardni okvir predviđao.
DESI je mapirao 47 milijuna galaksija
Dark Energy Spectroscopic Instrument, poznatiji kao DESI, završio je promatranja kojima je obuhvaćeno 47 milijuna galaksija kroz prostor od oko 11 milijardi svjetlosnih godina. Takva karta daje astronomima jedan od najopsežnijih uvida u veliku strukturu vidljivog svemira.
U tim su podacima Francesco Sylos Labini i Marco Galoppo tražili odgovor na staro, ali vrlo važno pitanje: nestaju li kozmičke nepravilnosti kada svemir promatramo na dovoljno velikoj skali?
Prema njihovoj analizi, objavljenoj u časopisu Nature, odgovor bi mogao biti ne. Autori tvrde da raspored galaksija u DESI uzorku pokazuje tragove anizotropije, odnosno strukture koja nije ista u svim smjerovima.
Kozmološko načelo počiva na ideji da nismo na posebnom mjestu
Na manjim razmjerima svemir očito nije ravnomjeran. Jedan pogled može voditi prema velikoj praznini, drugi prema skupovima galaksija, treći prema filamentima kozmičke mreže. Takva neujednačenost nije sporna.
Spor počinje tek na mnogo većim udaljenostima. Kozmološko načelo kaže da bi se, kada se dovoljno udaljimo od lokalnih nakupina, raspored materije trebao statistički izjednačiti. Drugim riječima, svemir ne bi trebao imati poseban smjer ni posebno mjesto promatrača.
Ta se pretpostavka nadovezuje na staru kopernikansku misao: Zemlja nije središte ni povlaštena točka svemira, a ni naš položaj u njemu ne bi trebao biti poseban. U tom okviru svemir izbliza može izgledati neujednačeno, s prazninama, nakupinama i filamentima, ali bi se na najvećim razmjerima te razlike trebale statistički izravnati. Ne bi trebao postojati smjer koji jasno odskače od ostalih
Galaksije se grupiraju i na razmjerima od gigaparseka
Sylos Labini i Galoppo tvrde da ranije provjere anizotropije nisu dovoljno općenito testirale raspored struktura. Umjesto da traže samo posebne ili povlaštene smjerove, u novom su radu promatrali kako se raspodjela materije mijenja istodobno s udaljenošću i kutom promatranja.
Za to su koristili metodu nazvanu Angular Distribution of Pairwise Distances, odnosno kutnu raspodjelu međusobnih udaljenosti. Riječ je o statističkom pristupu kojim se traže smjerne korelacije u rasporedu galaksija, bez oslanjanja na unaprijed zadane parametre.
Rezultat je neobičan. Prema autorima, DESI uzorci pokazuju postojanu anizotropnu strukturu sve do razmjera od približno gigaparseka. To znači da se galaksije, barem u analiziranim podacima, nastavljaju grupirati na udaljenostima mnogo većima od onih na kojima bi se takva neujednačenost trebala izgubiti.
Ako su ranije studije govorile o mogućoj anizotropiji na razmjerima od desetaka ili stotina megaparseka, ova analiza pomiče problem na otprilike tisuću puta veće razmjere.
Velika pretpostavka nije srušena, ali više nije mirna
Autori ne tvrde da su otkrili uzrok te anizotropije. Njihova analiza ne pokazuje koji bi fizički proces mogao stvarati takav obrazac, niti isključuje mogućnost da svemir na još većim razmjerima ipak postaje izotropan.
No ako se rezultat potvrdi, posljedice bi bile važne. Kozmološko načelo nije sporedna pretpostavka, nego jedan od temelja moderne kozmologije. Na njemu počivaju modeli razvoja svemira, tumačenja velikih kozmičkih mjerenja, razumijevanje širenja svemira i slika o tome kako se materija raspoređivala kroz kozmičku povijest.
Autori pritom ne tvrde da njihov rezultat ruši kopernikansku ideju da naš položaj u svemiru nije poseban. Problem je uži, ali i vrlo ozbiljan: svemir možda na najvećim promatranim razmjerima nije statistički jednak u svim smjerovima.
Ako je tako, kozmolozi bi morali razmotriti šire modele od onih koji danas čine standardni okvir. To uključuje rješenja Einsteinovih jednadžbi koja dopuštaju velike neujednačenosti u rasporedu materije, ali i mogućnost da tamna tvar ima složenija svojstva ili da same nehomogenosti svemira utječu na njegovo širenje.
DESI podaci zato nisu samo nova i preciznija karta galaksija. Oni su postali test jedne od najdubljih pretpostavki moderne kozmologije: da se svemir, kada ga pogledamo dovoljno široko, prestaje razlikovati od smjera do smjera.