Учёные уточнили возможные размеры Вселенной: новые выводы международной коллаборации COMPACT

Большинство современных космологических моделей описывают Вселенную как пространство с определённой геометрией — плоской, положительно или отрицательно искривлённой (похожей на плоскость, сферу или «седло»). Однако геометрия и топология — разные понятия. Первая описывает, как пространство «изгибается» в малых масштабах, вторая — как оно устроено в целом. Поэтому пространство с одинаковой геометрией может иметь разную глобальную структуру, и Вселенная может быть как бесконечной, так и конечной, но без границ.

Наблюдаемая область космоса — это лишь та часть, свет из которой успел дойти до нас за время существования Вселенной. По данным миссий WMAP и Planck, её диаметр составляет около 93 миллиардов световых лет. Всё, что за пределами этой области, пока недоступно прямым наблюдениям, поэтому учёные судят о глобальном устройстве космоса по косвенным признакам.

Как ищут нетривиальную топологию?

Если Вселенная «замкнута» особым образом, свет от далёких объектов может распространяться по нескольким маршрутам и достигать наблюдателя с разных сторон. В этом случае могут возникать повторяющиеся изображения одних и тех же областей космоса. Главный инструмент поиска таких эффектов — реликтовое излучение, слабое микроволновое свечение, сохранившееся со времён, когда Вселенной было около 380 тысяч лет. Любые особенности глобальной структуры должны оставлять в нём характерные следы.

Самым известным методом долгое время был поиск так называемых совпадающих кругов: если пространство замкнуто определённым образом, на карте реликтового излучения должны появляться пары кругов с одинаковым рисунком температурных колебаний. Однако данные спутников WMAP и Planck не выявили убедительных признаков сложной топологии. Но, как подчёркивают авторы нового обзора, большинство анализов охватывали лишь ограниченный набор моделей и не рассматривали всё разнообразие возможных форм пространства.

Новые методы и будущие наблюдения

Признаки нетривиальной топологии могут проявляться не только в виде совпадающих кругов. Различные варианты глобального устройства должны оставлять более тонкие статистические следы — необычные корреляции между удалёнными участками неба. Разработанные в последние годы математические методы обладают гораздо более высокой чувствительностью. Особенно перспективны наблюдения поляризации реликтового излучения; готовящаяся космическая миссия LiteBIRD сможет измерить её с беспрецедентной точностью.

Аналогичные возможности открывают крупные обзоры распределения галактик — они позволяют исследовать структуру Вселенной не на двумерной карте, а в трёх измерениях. На сегодня ни одна из гипотез нетривиальной топологии не получила подтверждения, однако авторы оставляют вопрос открытым.

Если будущие наблюдения помогут выявить её признаки, это станет одним из важнейших открытий современной науки и позволит впервые определить не только геометрию, но и глобальную форму Вселенной.