Ce formă are universul? Un nou studiu sugerează că am înțeles totul greșit

Cercetătorii de la Planck au observat efectul de lentilă mai mare decât se așteptau cu ani în urmă; anomalia a apărut cel mai proeminent în analiza lor finală a setului complet de date, publicată anul trecut. Dacă universul este plat, cosmologii se așteaptă ca o măsurătoare a curburii să se încadreze la aproximativ o „deviație standard” de zero, din cauza fluctuațiilor statistice aleatorii din date. Însă atât echipa Planck, cât și autorii noii lucrări au constatat că datele CMB deviază cu 3,4 deviații standard. Presupunând că universul este plat, aceasta este o întâmplare majoră – aproximativ echivalentă cu a obține cap la o aruncare a monedei de 11 ori la rând, ceea ce se întâmplă în mai puțin de 1% din timp. Echipa Planck atribuie măsurarea tocmai unei astfel de întâmplări întâmplătoare sau unui efect inexplicabil care estompează lumina CMB, imitând efectul materiei suplimentare.

Sau poate că universul este cu adevărat închis. Di Valentino și coautorii subliniază că un model închis rezolvă alte constatări anormale în CMB. De exemplu, cercetătorii deduc valorile ingredientelor cheie ale universului nostru, cum ar fi cantitatea de materie întunecată și energie întunecată, prin măsurarea variațiilor de culoare a luminii CMB provenite din diferite regiuni ale cerului. Dar, în mod curios, ei obțin răspunsuri diferite atunci când compară regiuni mici ale cerului și atunci când compară regiuni mari. Autorii subliniază că atunci când recalculezi aceste valori presupunând un univers închis, ele nu diferă.

Will Kinney, cosmolog la Universitatea Buffalo din New York, a numit acest beneficiu bonus al modelului universului închis „foarte interesant”. Dar el a remarcat că discrepanțele dintre variațiile mici și cele la scară largă observate în lumina CMB ar putea fi cu ușurință fluctuații statistice în sine, sau ar putea proveni din aceeași eroare neidentificată care ar putea afecta măsurarea lentilelor.

Există doar șase dintre aceste proprietăți cheie care modelează universul, conform teoriei standard a cosmologiei, care este cunoscută sub numele de ΛCDM (numită pentru energia întunecată, reprezentată de litera greacă Λ, sau lambda, și materia întunecată rece). Cu doar șase numere, ΛCDM descrie cu exactitate aproape toate caracteristicile cosmosului. Și ΛCDM nu prezice nicio curbură; spune că universul este plat.

Noua lucrare argumentează efectiv că s-ar putea să fie nevoie să adăugăm un al șaptelea parametru la ΛCDM: un număr care să descrie curbura universului. Pentru măsurarea lentilelor, adăugarea unui al șaptelea număr îmbunătățește potrivirea cu datele.

Dar alți cosmologi susțin că, înainte de a lua o anomalie suficient de în serios pentru a adăuga un al șaptelea parametru la teorie, trebuie să luăm în considerare toate celelalte lucruri pe care ΛCDM le face corect. Sigur, ne putem concentra asupra acestei anomalii – o monedă care iese cap de 11 ori la rând – și să spunem că ceva nu este în regulă. Dar CMB este un set de date atât de mare încât este ca și cum am da cu banul de sute sau mii de ori. Nu este prea greu să ne imaginăm că, făcând acest lucru, vom întâlni o serie aleatorie de 11 capete. Fizicienii numesc acest lucru efectul „caută în altă parte”.

În plus, cercetătorii remarcă faptul că al șaptelea parametru nu este necesar pentru majoritatea celorlalte măsurători. Există un al doilea mod de a culege curbura spațială din CMB, prin măsurarea corelațiilor dintre lumina provenită din seturi de patru puncte de pe cer; această măsurătoare de „reconstrucție a lentilei” indică faptul că universul este plat, fără a fi nevoie de al șaptelea parametru. În plus, observațiile independente ale sondajului BOSS asupra semnalelor cosmologice numite oscilații acustice ale barionilor indică, de asemenea, planeitatea. Planck, în analiza lor din 2018, a combinat măsurătorile lor de lensing cu aceste două alte măsurători și a ajuns la o valoare globală pentru curbura spațială la o abatere standard de zero.

Di Valentino, Melchiorri și Silk cred că punerea împreună a acestor trei seturi de date diferite maschează faptul că diferitele seturi de date nu sunt de fapt în acord. „Ideea aici nu este că universul este închis”, a declarat Melchiorri prin e-mail. „Problema este inconsecvența dintre date. Acest lucru indică faptul că în prezent nu există un model de concordanță și că ne lipsește ceva”. Cu alte cuvinte, ΛCDM este greșit sau incomplet.

Toți ceilalți cercetători consultați pentru acest articol cred că greutatea dovezilor indică faptul că universul este plat. „Având în vedere celelalte măsurători”, a spus Addison, „cea mai clară interpretare a acestui comportament al datelor Planck este că este o fluctuație statistică. Poate că este cauzată de o ușoară inexactitate în analiza Planck, sau poate că este complet doar fluctuații de zgomot sau întâmplare. Dar, în orice caz, nu există cu adevărat un motiv pentru a lua în serios acest model închis.”

Asta nu înseamnă că nu lipsesc piese din imaginea cosmologică. Se pare că ΛCDM prezice o valoare greșită pentru rata actuală de expansiune a universului, provocând o controversă cunoscută sub numele de problema constantei Hubble. Dar presupunerea că universul este închis nu rezolvă această problemă – de fapt, adăugarea curburii înrăutățește predicția privind rata de expansiune. În afară de măsurarea lentilelor anormale ale lui Planck, nu există niciun motiv pentru a crede că universul este închis.

„Timpul va spune, dar eu, personal, nu sunt teribil de îngrijorat de acest lucru”, a spus Kinney, referindu-se la sugestia de curbură în datele CMB. „Este de un fel cu anomalii similare care s-au dovedit a fi vapori.”

Update: 15 iulie 2020
Noile măsurători ale fondului cosmic cu microunde efectuate de Telescopul Cosmologic Atacama constată că universul este plat, cu o densitate care se potrivește cu densitatea critică. „Nu găsim nicio dovadă de abatere de la planeitate”, scriu oamenii de știință de la ACT, „susținând interpretarea că este vorba de o fluctuație statistică.”

Corectare din 4 noiembrie 2019: Versiunea originală a acestui articol făcea referire la satelitul BOSS. De fapt, studiul BOSS a fost realizat cu un telescop terestru.

Acest articol a fost retipărit în limba spaniolă la Investigacionyciencia.es.

.