Jedna od osnovnih pretpostavki moderne kozmologije kaže da svemir, gledan na dovoljno velikim skalama, mora izgledati približno jednoliko. Novi rad temeljen na podacima instrumenta DESI pokazuje drukčiju sliku: raspored galaksija i dalje nosi jasne obrasce na udaljenostima od nekoliko milijardi svjetlosnih godina.
Ako se rezultat potvrdi, standardni model svemira morat će objasniti zašto se kozmička mreža ne gubi ondje gdje bi prema dosadašnjim očekivanjima trebala postati sve ravnomjernija.
Pretpostavka koja je dugo držala cijelu sliku svemira
Moderna kozmologija počiva na ideji da svemir, kada ga promatramo u dovoljno velikom mjerilu, nema poseban smjer i nema trajno izdvojene dijelove u kojima bi materija bila drukčije raspoređena nego drugdje. Na manjim skalama galaksije se okupljaju u skupove, niti i zidove, ali na najvećim udaljenostima ta bi se struktura trebala izravnati u približno jednoliku cjelinu.
Ta se pretpostavka naziva kozmološko načelo. Na njoj se temelji standardni model kozmologije, poznat kao Lambda hladna tamna tvar, odnosno ΛCDM. Prema tom modelu, svemir se sastoji od otprilike 5 posto obične materije, 25 posto tamne tvari i 70 posto tamne energije.
Model je desetljećima bio iznimno uspješan. Dobro opisuje širenje svemira, nastanak lakih elemenata nakon Velikog praska i kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, najstariju svjetlost koju možemo promatrati.
No u posljednjih nekoliko godina pojavilo se više rezultata koji se ne uklapaju sasvim uredno u tu sliku. Mjerenja današnje brzine širenja svemira ne daju uvijek isti odgovor. Webbova opažanja vrlo ranih galaksija otvorila su pitanje jesu li se velike strukture u mladom svemiru oblikovale brže nego što se očekivalo. U raspodjeli vrlo udaljenih kvazara i radiogalaksija uočena je i neobično velika razlika između jednog dijela neba i suprotnog smjera.
Sada se problem približava samom temelju modela. Pitanje više nije samo koliko brzo se svemir širi ili kako se ponaša tamna energija. Pitanje je izgleda li svemir na najvećim skalama zaista onako kako smo pretpostavili.
DESI je mjerio kako se galaksije slažu jedna u odnosu na drugu
DESI, odnosno Dark Energy Spectroscopic Instrument, izrađuje jednu od najdetaljnijih trodimenzionalnih karata svemira. Bilježi položaje galaksija na nebu i mjeri njihove crvene pomake, iz kojih se može procijeniti koliko su daleko.
U novom radu istraživači nisu samo prebrojavali galaksije. Provjeravali su kako su galaksije međusobno raspoređene. Gledali su parove galaksija i računali koliko se često druga galaksija nalazi na određenoj udaljenosti i u određenom smjeru od prve.
Ako je raspodjela na velikim skalama jednolika, ti bi smjerovi trebali biti ravnomjerno raspoređeni. Ako galaksije slijede duge niti i zidove kozmičke mreže, tada će se veći broj parova pojavljivati u istim smjerovima.
U podacima DESI-ja pojavio se upravo takav signal. Galaksije nisu izgledale kao točke koje se na najvećim udaljenostima potpuno stapaju u jednoliku raspodjelu. Zadržale su povezane obrasce, s nitima i zidovima koji se protežu kroz goleme dijelove svemira.
To samo po sebi ne bi bilo iznenađenje. Kozmička mreža poznat je dio suvremene kozmologije. Galaksije nisu razbacane nasumično, nego se nalaze u većim strukturama, između kojih ostaju praznija područja. Neobičan dio ovog rada jest skala na kojoj se taj obrazac i dalje vidi.
Kozmička mreža ne nestaje ondje gdje bi trebala oslabjeti
Prema autorima rada, usmjereni obrasci u rasporedu galaksija nisu nestali ni u najdubljim uzorcima DESI-ja. Protežu se na udaljenostima od nekoliko milijardi svjetlosnih godina.
To je važno zato što standardni model očekuje da se takve strukture s povećanjem skale postupno izgube u prosjeku. Svemir može biti grudast i mrežast na manjim udaljenostima, ali na najvećim skalama trebao bi izgledati sve ujednačenije.
Usporedba sa simulacijama dodatno je pojačala problem. Istraživači su DESI-jeve podatke usporedili sa simuliranim svemirima temeljenima na standardnom ΛCDM modelu. U simulacijama su takvi obrasci bili slabiji i kraći. U stvarnim podacima bili su izraženiji i protezali su se dalje.
To ne znači da je standardni model odbačen. Takav zaključak bio bi prerano donesen. U ovako velikim pregledima neba uvijek treba provjeriti može li dio signala nastati zbog načina na koji su galaksije odabrane, zbog ograničenja uzorka, kalibracije instrumenata ili nekog drugog učinka u promatranjima.
No ako se rezultat održi, posljedice bi bile ozbiljne. U sadašnjoj slici svemira možda nema dovoljno vremena da se tako velike i tako povezane strukture razviju na način koji podaci sugeriraju.
Jedno moguće objašnjenje jest da se tamna tvar ponaša složenije nego što pretpostavljaju najjednostavniji modeli. Drugo je da se svemir na najvećim skalama ne može opisivati tako jednostavno kao što se dosad pretpostavljalo. Moguće je i da će bolji podaci pokazati treće rješenje, manje dramatično, ali jednako važno za razumijevanje mjerenja.
Sljedeće karte neba pokazat će koliko je problem stvaran
Ovaj rezultat ne znači da dosadašnju kozmologiju treba odbaciti. Važnije je to što se jedna od njezinih temeljnih pretpostavki sada može provjeravati podacima kakve astronomi donedavno nisu imali.
DESI, Euclid i drugi veliki pregledi neba u sljedećim će godinama dati još preciznije karte raspodjele galaksija. Ako se isti obrazac ponovi u većim i neovisnim uzorcima, neće biti dovoljno samo prilagoditi pojedine vrijednosti u modelu. Trebat će objasniti zašto se galaksije i dalje slažu u goleme povezane strukture ondje gdje bi raspored materije trebao postajati sve jednolikiji.
Za sada je najvažnije to što se pitanje više ne može zaobići. Možda se kozmička mreža proteže dalje nego što smo mislili. A ako je tako, tada najveća karta svemira možda još nije nacrtana u pravom mjerilu.