Гигантское холодное пятно реликтового излучения продолжает бросать вызов астрономам

Вселенная полна загадок, и одна из самых интригующих кроется в космическом микроволновом фоне (CMB) — ископаемом свете Большого взрыва, испускаемом, когда Вселенной было всего 380 000 лет. Хотя этот свет распределен почти равномерно, в нем видны крошечные вариации температуры, которые дают ключ к разгадке первобытного состояния нашего космоса. Среди этих вариаций особенно выделяется одна аномалия […]

Вселенная полна загадок, и одна из самых интригующих кроется в космическом микроволновом фоне (CMB) — ископаемом свете Большого взрыва, испускаемом, когда Вселенной было всего 380 000 лет. Хотя этот свет распределен почти равномерно, в нем видны крошечные вариации температуры, которые дают ключ к разгадке первобытного состояния нашего космоса. Среди этих вариаций особенно выделяется одна аномалия — холодное пятно. Эта область, которая одновременно и больше, и холоднее, чем ожидалось, интригует астрономов уже несколько десятилетий.

Происхождение и характеристики CMB

Космический микроволновый фон (CMB) сформировался примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда Вселенная перешла из состояния горячей непрозрачной плазмы в нейтральный прозрачный газ. В то время Вселенная была гораздо меньше и горячее, чем сейчас, — ее температура составляла около 9700 градусов Цельсия. Этот процесс, известный как рекомбинация, высвободил поток фотонов, интенсивный свет молодой Вселенной, который затем распространился в пространстве, постепенно охлаждаясь.

В течение миллиардов лет этот первозданный свет растягивался под действием расширения Вселенной, достигнув температуры почти -270 °C, что позволило отнести это излучение к микроволновому диапазону электромагнитного спектра. Таким образом, CMB стал своего рода моментальным снимком молодой Вселенной, предлагая астрономам уникальное окно в начальные условия космоса.

Температурные вариации CMB, хотя и очень малы, имеют решающее значение для нашего понимания структуры и эволюции космоса. Эти вариации, известные как анизотропии, обычно составляют порядка 1 части на миллион. Они являются результатом квантовых флуктуаций в ранней Вселенной, которые затем были усилены космической инфляцией. Затем эти анизотропии заложили семена для формирования более поздних структур, таких как галактики и скопления галактик.

«Холодное пятно», вызывающее вопросы

Среди этих анизотропий поразительным образом выделяется «холодное пятно». Расположенное в направлении созвездия Эридан, оно одновременно и больше, и холоднее других наблюдаемых температурных вариаций.

В то время как типичные вариации CMB демонстрируют разницу температур в несколько десятков микрокельвинов, холодное пятно представляет собой гораздо более значительную температурную аномалию, разница достигает в среднем 70 микрокельвинов (0,00007 °C) и до 140 микрокельвинов (0,00014 °C) в его самых глубоких частях.

Размер холодного пятна также поражает. Его диаметр составляет около пяти градусов, что намного больше, чем у типичных пятен CMB, которые обычно имеют размер менее одного градуса. Такое сочетание аномальных размеров и температуры делает холодное пятно особенно интригующим объектом изучения для астрономов, поскольку оно может раскрыть неизвестные аспекты космической физики или особенности ранней Вселенной.

Объясняющие гипотезы

Для объяснения этой аномалии было выдвинуто несколько гипотез. Одна из самых серьезных — существование гигантской космической пустоты между нами и CMB в этом направлении. Космические пустоты — это огромные регионы, содержащие очень мало материи, и их влияние на свет CMB может быть значительным. Когда свет CMB проходит через вакуум, он может терять энергию из-за эффекта Сакса-Вольфа, вызванного динамической эволюцией вакуума. Таким образом, вакуум большого размера и переменной глубины может создавать область с пониженной температурой, наблюдаемую как холодное пятно.

Однако подтверждение этой гипотезы представляет собой проблему. Исследования галактик в этом регионе неполны, и существующие карты не дают окончательного доказательства существования суперпустоты. И даже если бы она существовала, нет уверенности, что она могла бы произвести необходимый эффект, чтобы полностью объяснить холодное пятно.

Перед лицом неопределенности, связанной с существованием супервакуума, были выдвинуты более экзотические предложения. Одна из самых смелых идей предполагает, что холодное пятно может быть точкой пересечения между нашей и соседней Вселенной. Несмотря на свою увлекательность, эта гипотеза остается умозрительной и не может объяснить все наблюдаемые свойства холодного пятна.

В итоге холодное пятно CMB продолжает бросать вызов астрономам. Хотя у нас пока нет окончательного ответа на вопрос о его природе, будущие исследования могут внести некоторую ясность. Будь то супервакуум, взаимодействие с параллельной Вселенной или другое пока неизвестное явление, холодное пятно напоминает нам о том, что наше понимание Вселенной продолжает развиваться.