Dessa fyra galaxkluster var bland hundratals som analyserades i en stor undersökning för att testa om universum är lika i alla riktningar över stora skalor. Studiens resultat antyder att begreppet "isotropisk" universum kanske inte helt passar.
(Bild: © NASA / CXC / Univ. Av Bonn / K. Migkas et al.)
Universum kanske inte är detsamma i alla riktningar trots allt.
Expansionsgraden på universum verkar variera från plats till plats, rapporterar en ny studie. Detta konstaterande, om det bekräftas, skulle tvinga astronomer att ompröva hur väl de förstår kosmos.
"En av kosmologins pelare - studien av hela universums historia och öde - är att universum är" isotrop ", vilket betyder detsamma i alla riktningar," studerar huvudförfattaren Konstantinos Migkas vid universitetet i Bonn i Tyskland , sa i ett uttalande. "Vårt arbete visar att det kan finnas sprickor i den pelaren."
Universum har expanderat kontinuerligt i mer än 13,8 miljarder år, sedan dess Big Bang - och i en accelererande takt tack vare en mystisk kraft som kallas mörk energi. Ekvationer baserade på Einsteins allmänna relativitetsteori antyder att denna expansion är isotropisk på stora rumsliga skalor, skrev Migkas tisdag (7 april) i en blogginlägg om den nya studien.
Observationer av kosmisk mikrovågsugn bakgrund (CMB), den universums genomträngande strålning som lämnats kvar från Big Bang, stöder denna uppfattning, tillade han: "CMB verkar vara isotropisk, och kosmologer extrapolerar denna egenskap i det mycket tidiga universum till vår nuvarande epok, nästan 14 miljarder år senare."
Men det är oklart hur giltigt denna extrapolering är, betonade han och noterade det mörk energi har varit den dominerande faktorn i universumets utveckling under de senaste fyra miljarder åren. Dark energys "förbryllande natur har ännu inte gjort det möjligt för astrofysiker att förstå den ordentligt", skrev Migkas. "Att antaga att det är isotropiskt är nästan ett språng av tro för tillfället. Detta belyser det brådskande behovet av att undersöka om dagens universum är isotropiskt eller inte."
Den nya studien rapporterar resultaten från en sådan utredning. Migkas och hans kollegor studerade 842 galaxkluster, de största gravitationsbundna strukturerna i universumet, med hjälp av data som samlats in av tre rymdteleskoper: NASA: s Chandra röntgenobservatorium, Europas XMM-Newton och Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics, ett gemensamt japansk-U.S.A. uppdrag som slutade 2001.
Forskarna bestämde temperaturen i varje kluster genom att analysera röntgenutsläpp som kommer från enorma fält med varm gas i dem. De använde denna temperaturinformation för att uppskatta varje klustrs inneboende röntgenljusstyrka, utan att behöva ta hänsyn till kosmologiska variabler som universums expansionshastighet.
Forskarna beräknade sedan röntgenljusstyrka för varje kluster på ett annat sätt, vilket krävde kunskap om universums expansion. Genom att avslöja uppenbara expansionshastigheter över hela himlen - och dessa priser matchade inte överallt.
"Vi lyckades identifiera en region som verkar expandera långsammare än resten av universum och en som verkar expandera snabbare!" Migkas skrev i blogginlägget. "Intressant nog är våra resultat överens med flera tidigare studier som använde andra metoder, med den skillnaden att vi identifierade denna 'anisotropi' på himlen med ett mycket högre förtroende och använder objekt som täcker hela himlen mer enhetligt. "
Det är möjligt att detta resultat har en relativt prosaisk förklaring. Till exempel dras kanske galaxkluster i de anomala områdena hårt på gravitationellt av andra kluster, vilket ger en illusion av en annan expansionshastighet.
Sådana effekter ses vid mindre rumsliga skalor i universum, säger forskarna. Men den nya studien undersöker kluster upp till 5 miljarder ljusår bort, och det är oklart om gravitationsbilar kan övervälda expansionskrafterna över så stora avstånd, tillade de.
Om de observerade skillnaderna i expansionshastighet verkligen är verkliga kan de avslöja spännande nya detaljer om hur universum fungerar. Till exempel varierar kanske mörk energi i sig från plats till plats i hela kosmos.
"Det skulle vara anmärkningsvärt om mörk energi visade sig ha olika styrkor i olika delar av universum," sa medförfattaren Thomas Reiprich, också vid University of Bonn, i samma uttalande. "Men mycket mer bevis skulle behövas för att utesluta andra förklaringar och göra ett övertygande fall."
Den nya studien visas i april 2020-numret av tidskriften Astronomy and Astrophysics. Du kan läsa den gratis på förhandsutskriftswebbplatsen online arXiv.org.
- Hur kan universum expandera snabbare än ljusets hastighet?
- Vårt röntgenuniversum: fantastiska foton av NASA: s Chandra röntgenobservatorium
- 7 överraskande saker om universum
