Ar gali kosminės megastruktūros būti įsiveržėliai iš kito pasaulio?

Tada anksčiau šiais metais Vengrijos astronomai atrado kolosalią gama spindulių žybsnių (GRB) grupę – itin energingų, trumpai gyvuojančių energijos žybsnius, besiveržiančius tolimose galaktikose. GRB skleidžiančios galaktikos sudaro 5,6 milijardų šviesmečių skersmens žiedą – 6% visos regimosios visatos dydžio. „Iš tiesų nesitikėjome atrasti ką tokio milžiniško,“ sako vadovavęs tyrimui Lajos Balázs iš the Konkoly observatorijos Budapešte, Vengrijoje. Jis penkis kartus didesnis už tipišką mastelį, kai turėtų imti galioti kosmologinis principas.

Kosmologinis principas mūsų supratimui apie visatą toks fundamentaliai svarbus, kad tokie neatitikimai kosmologus ir astronomus verčia jaustis labai nepatogiai, netgi tuos, kurie ir atrado šiuos neatitikimus. Tarkime, kalbant apie intensyvius šviesos blyksnius, sudarančius GRB žiedą, gali būti, kad juos supa kitos galaktikos, dabar šviečiančios blankiau dėl GRB nebuvimo. Panašiai būtų tamsiame kambaryje, kuriame lemputės pasiskirsčiusio tolygiai: jei pažvelgus į kambarį, švies tik kelios, tikriausiai padarysite klaidingas išvadas apie jų išsidėstymą. „Tai nebūtinai prieštarauja kosmologiniam principui,“ sako Balázs.

Milžinų žudikų sukilimas

Milžiniška didelių kvazarų grupė irgi kelia aršius debatus. „Nemanau, kad tai yra kokia nors struktūra,“ abejoja Nadathur. 2013 metai jis publikavo straipsnį, kuriame tyrė algoritmą, kurį Clowes ir jo komanda naudojo duomenų analizei, skaičiuodami tikimybę, kad atsitiktinis kvazarų išsidėstymas sudarytų regimą struktūrą. „Tikimybė išvysti tokią struktūrą, kokią rado jie, net jei ten nieko nėra, gan dideli,“ pastebi jis. Bet milžiną laidoti dar gali būti anksti. Clowes'o PhD studentas, Gabriel Marinello, rašo straipsnį, kuriame nesutinka su Nadathuro teiginiais, apibūdina kaip „konservatyvius ir nerealistiškus“. Jis teigia, kad užuot modeliavęs atsitiktinį pasiskirstymą, Nadathuras turėjo atsižvelgti į faktą, kad kvazarai – kaip ir kad ir kitos galaktikos – linkusios burtis maždaug 300 mln šviesmečių masteliu.

Kaip ir kvazarų grupės atveju, Nadathuras mano, kad superplynė irgi galėtų būti suderinta su kosmologiniu principu. „Šis principas neteigia, kad kokia viena vieta negali nukrypti nuo normos, tiesiog, kad dideliu masteliu visata turi būti homogeniška,“ sako Nadathuras. Trumpai tariant, tikimybė rasti tokiu objektus, kaip superplynė nėra nulinė. Tiesiog jų negali būti pernelyg daug.

Bet Raineris Dickas, fizikos teoretikas iš Saskatchewano universiteto Kanadoje įsitikinęs, kad pastangos numoti ranka į šias kosmines megastruktūras nėra teisingos. Išties, jis sako, kad jos turėtų būti vertinamos kaip geriausi mūsų bandymai išlaikyti kosmologinį principą gyvą. Tereikia sutikti, kad šios struktūros iš tiesų neegzistuoja. Vietoje to, jos yra pirmieji įrodymai, kad kiti matmenys braunasi į mūsiškius, palikdami purvinus pėdsakus šiaip jau glotniame ir homogeniškame kosminiame fone.

Tai skamba kaip beprotiškai drąsi mintis – bet ją remia tvirtas teorinių darbų pamatas. Pirmiausia, kitų matmenų pasitelkimas nėra nieko nauja. Dešimtmečius daug teoretikų vertino papildomus matmenis kaip daugiausia vilčių teikiantį būdą apjungti Einšteino BRT su kitu XX amžiaus fizikos bastionu – kvantų teorija. Suporavus šias, regis, nieko bendra neturinčias koncepcijas, kur viena puikiausiai tvarkosi su labai dideliais masteliais, o kita idealiai aprašo labai mažus objektus, galėtų būti gauta vadinamoji visko teorija, viskam tinkanti struktūra, galinti aprašyti visatą.

Populiarus kandidatas – M teorija, stygų teorijos, kaip žinia, teigiančios, kad gyvename 11 matmenų visatoje, kur kiti 7 matmenys taip glaudžiai susukti, kad lieka neregimi, praplėtimas. Tai elegantiškas ir matematiškai patrauklus modelis, palaikomas daugelio įtakingų rėmėjų. Bet jis turi vieną svarbų trūkumą: jis nepateikia tvirtų prognozių, kurias būtų galima patikrinti. Dicko darbas su stygų teorijos generalizavimu, branų teorija tokias prognozes pateikti gali, ir išsprendžia kosmologinio principo dilemą.

Branų teorija grindžiama idėja, kad tai, ką suvokiame kaip mūsų visatą, yra viena keturmatė membrana, plaukiojanti panašių branų, įsitaisiusių ir kituose matmenyse, jūroje. Tokia idėja nėra nesuderinama su pripažinta gravitacijos teorija, sako Dickas, kadangi „galima pridėti be galo didelius papildomus matmenis ir vis vien gauti bendrąjį reliatyvumą“.

Nors kitos branos užima papildomus matmenis, ir jų stebėti tiesiogiai neįmanoma, teorija rodo, kad galėtume pastebėti kaimyninės visatos susidūrimo su mūsiške padarinius.

O kaip tai padėtų spręsti kosmologinio principo problemą? Na, norėdami išmatuoti atstumą iki tolimų objektų, astronomai naudoja vadinamąjį raudonojo poslinkio efektą. Jie spektrometru – prašmatnia prizmės versija – suskaido šviesą į sudėtines dalis, kad būtų matomos juostos, vadinamosios spektro linijos. Dėl visatos plėtimosi tolyn nuo mūsų judančio objekto šviesa bus ištempta į ilgesnių, raudonesnių bangų pusę, o spektro linijos atrodys pasislinkusios į raudonąją spektro pusę. Kuo tolimesnis objektas, tuo greičiau nuo mūsų jis atrodys tolstantis ir tuo labiau bus pasislinkusios linijos. Užfiksavę, kad daugelio objektų raudonasis poslinkis vienodas, astronomai interpretuos, kad tai tam tikra struktūra, kaip GRB žiedas ar didžiulių kvazarų grupė.

Tačiau stebint regioną, kur kita brana kertasi su mūsų, raudonojo poslinkio matavimai gali būti iškraipyti. Tokiomis sąlygomis vienos branos fotonai paveiktų kitoje branoje esančias krūvį turinčias daleles – šį reiškinį Dickas vadina branų kryžkalba. „Persiklojimo regione tai pakeistų atstumą tarp vandenilio atomo energijos lygmenų,“ sako jis. Tarp šių energijos lygmenų judantys elektronai spinduliuoja arba sugeria fotonus, kurdami spektro linijas, kuriomis remiamės, nustatydami jų atstumą iki Žemės.

Bet jei branų kryžkalba susiaurina tarpą tarp energijos lygių, fotonai spinduliuotų šiek tiek ilgesnes bangas – pasireikštų raudonasis poslinkis, neturintis nieko bendro su visatos plėtimusi. Į tai neatsižvelgus ir tariant, kad visas matuojamas raudonasis poslinkis randasi vien dėl atstumo, tada bus sistemiškai pervertinamas tikrasis atstumas iki persiklojimo regiono, su didžiuliais tuščios erdvės plotais, regimais tikrojoje jų vietoje (žr. diagramą).