3499
Чи може космічний простір бути замкнутим так, що зореліт, рухаючись достатньо довго в одному напрямку, зрештою повернеться до точки старту? Саме цю ідею, пов’язану з так званою космічною топологією — глобальною формою та «зв’язаністю» Всесвіту — вже десятиліттями намагаються перевірити астрономи, пише Universe Today.
Нині домінує уявлення, що ми живемо у плоскому, нескінченному Всесвіті. Але певні топологічні моделі допускають замкнуту будову космосу на найбільших масштабах. У такому сценарії достатньо довга подорож у прямому напрямку може повернути корабель до того самого місця в просторі — хоча не до того самого моменту часу. Справжні «замкнуті часові криві» — тобто повноцінна машина часу — залишаються гіпотетичною, але значно більш екзотичною можливістю.
Що таке космічна топологія і де її шукати
Топологія описує, серед іншого, існування незвужуваних замкнутих петель. Якщо Всесвіт має таку структуру, то мандрівник, рухаючись достатньо далеко вздовж певного шляху, зрештою повернеться у вихідну точку. Автори статті 2026 року в журналі Nature Astronomy наголошують: саме подібні петлі й визначають характер можливої глобальної форми космосу.
Завдання астрофізиків — знайти відбитки такої топології у великих космологічних спостереженнях. Передусім йдеться про космічне мікрохвильове фонове випромінювання (CMB) — найдавніше світло, яке ми здатні спостерігати, що випромінювалося приблизно через 380 тисяч років після Великого вибуху. Воно несе інформацію про те, яким був Всесвіт одразу після того, як став прозорим для випромінювання.
За словами дослідників, космічна топологія має залишити тонкі сліди в структурі CMB та в тривимірному розподілі матерії у Всесвіті. На найбільших масштабах це може навіть порушувати ідею однорідності космосу.
Ера точних вимірювань CMB і поява COMPACT
Космологи вивчають CMB ще з 1960-х років, однак лише на початку 2000-х чутливість приладів стала достатньою, щоб шукати в ньому складні топологічні патерни. Ендрю Джаффе (Andrew Jaffe), професор космології та астрофізики з Імперського коледжу Лондона, відзначає, що сучасна епоха досліджень топології розпочалася наприкінці 1990-х, коли стало зрозуміло, як саме використовувати картину реліктового випромінювання для таких пошуків.
У середині 2000-х великий прогрес забезпечив супутник WMAP, а в 2010-х — ще точніші місії. Після цього якість даних CMB покращувалася вже повільніше, тож на перший план вийшла глибша теоретична робота.
За останні роки Джаффе та колеги створили міжнародну групу COMPACT (Collaboration for Observations, Models and Predictions of Anomalies and Cosmic Topology), до якої входить близько двадцяти вчених. Вони намагаються пов’язати спостережні результати з повною математичною теорією можливих космічних топологій, здатних описати наш Всесвіт.
Тривимірна карта матерії як ключ до форми Всесвіту
Лише аналіз реліктового випромінювання — не єдиний шлях. Джаффе підкреслює, що по-справжньому тривимірна карта спостережуваного космосу — газу, галактик і скупчень галактик — може дати ще більше інформації про топологію. Фактично, така карта здатна вмістити майже все, що ми взагалі можемо дізнатися про глобальну форму Всесвіту.
Ідея полягає в тому, щоб знайти повторювані візерунки в розподілі об’єктів: ділянки, які виглядають як «двійники» одна одної, хоча на небі розташовані далеко. За словами Джаффе, існування таких «ідентифікацій» означало б, що дві ділянки неба, які здаються далекими, насправді можуть бути просторово близькими через особливості топології.
Для CMB це могло би виглядати як пара кіл на різних ділянках неба з абсолютно однаковим малюнком температурних флуктуацій. Саме такі повторення й шукають космологи в даних.
Топологія як «пончик» та примарні двійники галактичних скупчень
Щоб пояснити це наочніше, Джаффе використовує аналогію з тривимірним тором — геометричною фігурою на кшталт об’ємного бублика. Якщо уявити собі коло, що проходить навколо «трубки» пончика і одночасно перетинає її, то існування таких шляхів вказує саме на той тип топології, який шукають космологи.
Теоретично подібні ефекти можуть проявлятися і в розподілі галактичних скупчень: два скупчення, розділені половиною видимого Всесвіту, можуть виявитися різними «зображеннями» однієї й тієї ж структури. Але спостерігати таке надзвичайно складно.
Як зазначає Джаффе, якщо Всесвіт має топологію на кшталт тора, її просторовний масштаб має бути настільки великим, що «двійники» галактичних скупчень опиняються надто далеко один від одного — і від нас — щоб ми могли побачити обидва одночасно з потрібною точністю.
Навіть якщо астрономи зрештою зможуть спостерігати структуру космосу на таких гігантських масштабах, певні топологічні ефекти можуть так і залишитися поза досяжністю прямих вимірювань.
Межа можливостей спостережень
Попри ці труднощі, дослідники не виключають, що потрібні підказки вже приховані в наявних даних, або ж з’являться у найближчі роки завдяки новим кампаніям спостережень. Йдеться про ще точніші вимірювання CMB, а також великі проєкти зі складання карт розподілу та швидкостей галактик й інших «маячків» великомасштабної структури Всесвіту.
Однак, за словами Джаффе, ключове питання залишається простим: якого розміру наш Всесвіт? Якщо його реальний масштаб набагато більший за відстань до «сфери» реліктового випромінювання, жодні спостереження не дозволять нам безпосередньо виявити його топологію. У такому разі глобальна форма космосу може назавжди лишитися однією з найбільш елегантних, але недовідних гіпотез сучасної космології.
Астрономи шукають форму Всесвіту за відбитками його топології з’явилася спочатку на Цікавості.
