Завещание телескопа: как итоговые данные АСТ сузили «игровое поле» космологии

Эпоха космологического телескопа Атакама (ACT), возможно, подошла к концу, но его итоговые данные, собранные за почти 20 лет наблюдений, проложили путь для будущих исследований космоса. Фактически, эта информация представляет собой значительный шаг вперед в понимании эволюции Вселенной, подтвердив сложное расхождение в измерениях «постоянной Хаббла» — скорости расширения самой ткани пространства.

Суть этого расхождения, известного как «проблема постоянной Хаббла», такова: измерения локальной Вселенной с использованием сверхновых типа Ia в качестве стандартных «маяков» дают одно значение константы. Однако измерения далекого космоса по «ископаемому свету» — реликтовому излучению — дают другое число.

Итоговые данные ACT, основанные на наблюдениях за далеким космосом, окончательно подтвердили, что это расхождение является реальной и серьезной проблемой.

Хотя это может показаться шагом назад для космологии, на самом деле всё наоборот. Подтвердив, что значение расхождения меняется в зависимости от расстояния от Млечного Пути, ACT помог отсечь множество «расширенных моделей» эволюции Вселенной — альтернатив общепринятой «стандартной космологической модели» (ΛCDM, или модель Лямбда-CDM). Таким образом, телескоп, начавший работу в 2007 году и завершивший наблюдения в 2022-м, оставляет важное и интригующее наследие, которое, несомненно, повлияет на учебники космологии будущего.

Прорыв стал возможен благодаря точным измерениям космического микроволнового фона (CMB) — реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва. Карты поляризации CMB, полученные ACT, дополняют температурные карты этого «ископаемого света», собранные космическим аппаратом Европейского космического агентства «Планк» в 2009–2013 годах. Ключевое отличие в том, что поляризационные карты ACT имеют гораздо более высокое разрешение.

«Сравнивая их, это как будто протереть очки», — пояснила космолог из Кардиффского университета и участница коллаборации ACT Эрминия Калабрезе.

В то время как основной задачей «Планка» было измерение температуры CMB, ACT восполнил значительные пробелы в данных, особенно в области поляризации. «Впервые новый эксперимент достиг такого же уровня возможностей наблюдений, как "Планк"», — отметил Тибо Луи из Университета Париж-Сакле.

Этот результат особенно впечатляет, учитывая, что «Планк» работал в космосе, а ACT был наземным инструментом, расположенным на высоте 5000 метров в сухой атмосфере на севере Чили.

«Наши новые результаты показывают, что постоянная Хаббла, выведенная из данных ACT, согласуется с данными "Планка" — не только по температуре, но и по поляризации, что делает проблему расхождения еще более фундаментальной», — заявил космолог из Колумбийского университета Колин Хилл.

Обладая этой информацией, космологи могут двигаться вперед, приняв как факт, что в стандартной модели ΛCDM чего-то не хватает, и одновременно отвергнув модели, утверждающие, что постоянная Хаббла одинакова во всей Вселенной. Исследователи уже проверили новые данные на основных альтернативных моделях, и результат оказался ясным и решительным.

«Мы оценивали их полностью независимо, — сказала Калабрезе. — Мы не пытались их опровергнуть, лишь изучить. И результат очевиден: новые наблюдения, на новых масштабах и в поляризации, практически свели на нет пространство для подобных моделей. Это немного сужает теоретическое "игровое поле"».

Исследования команды доступны на сайте препринтов arXiv вместе с двумя сопровождающими статьями.

Наследие ACT не ограничивается лишь подтверждением фундаментальной проблемы. Невероятная точность его поляризационных карт открывает двери для исследования новых физических явлений в ранней Вселенной, таких как следы первичных гравитационных волн или тонкие эффекты, вызванные массивными нейтрино. Хотя сам телескоп завершил работу, анализ его данных будет продолжаться еще годы, и каждая новая интерпретация может бросить вызов или уточнить наши представления.

В то же время, «сужение игрового поля» ставит перед теоретиками сложную и увлекательную задачу. Теперь им предстоит искать не просто любые альтернативы ΛCDM, а те, которые способны объяснить именно изменяющуюся величину расхождения Хаббла в зависимости от расстояния. Это может указывать на необходимость пересмотра природы темной энергии, учета неизвестных взаимодействий темной материи или даже поиска следов новой физики, проявляющейся на космологических масштабах. Таким образом, финальный аккорд в работе скромного наземного телескопа в чилийской пустыне стал не эпилогом, а увертюрой к новой, более сложной главе в понимании фундаментальных законов нашей Вселенной.