Allt vi tror att vi vet om universums form kan vara fel. I stället för att vara platt som ett lakan, kan vårt universum vara krökt, som en massiv, uppblåst ballong, enligt en ny studie.
Det är resultatet av en ny artikel publicerad idag (4 november) i tidskriften Nature Astronomy, som tittar på data från den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB), det svaga ekot av Big Bang. Men inte alla är övertygade. de nya resultaten, baserade på data som släpptes 2018, motsäger både års konventionell visdom och en ny ny studie baserad på samma CMB-datauppsättning.
Om universum är krökt, enligt det nya papperet, böjs det försiktigt. Den långsamma böjningen är inte viktig för att flytta runt våra liv, solsystemet eller till och med vår galax. Men resa bortom allt detta, utanför vårt galaktiska område, långt in i den djupa mörkheten, och så småningom - rör dig i en rak linje - kommer du att slinga runt och hamna precis tillbaka där du började. Kosmologer kallar denna idé för "stängt universum." Det har funnits ett tag, men det passar inte med befintliga teorier om hur universum fungerar. Så det har till stor del avvisats till förmån för ett "platt universum" som sträcker sig utan gräns i alla riktningar och inte slingrar på sig själv. Nu, en anomali i data från den bästa någonsin mätningen av CMB erbjuder solida (men inte helt avgörande) bevis på att universum trots allt är stängt, enligt författarna: University of Manchester kosmolog Eleonora Di Valentino, Sapienza University of Rome kosmolog Alessandro Melchiorri och Johns Hopkins University kosmolog Joseph Silk.
Skillnaden mellan ett stängt och öppet universum är ungefär som skillnaden mellan ett sträckt platt ark och en uppblåst ballong, berättade Melchiorri till Live Science. I båda fallen expanderar hela saken. När arket expanderar rör sig varje punkt bort från alla andra punkter i en rak linje. När ballongen blåses upp, blir varje punkt på ytan längre bort från alla andra punkter, men ballongens krökning gör rörelsens geometri mer komplicerad.
"Detta betyder till exempel att om du har två fotoner och de reser parallellt i ett stängt universum, kommer de att träffas," sade Melchiorri.
I ett öppet, plant universum skulle fotonerna, ostörda, resa längs sina parallella banor utan att någonsin interagera.
Den konventionella modellen för universums inflation, sade Melchiorri, antyder att universum bör vara platt. Spola tillbaka utrymmet utrymme hela vägen till början, till de första 0.0000000000000000000000001 sekunder efter Big Bang, enligt den modellen, så ser du ett ögonblick av otrolig exponentiell expansion när rymden växte ut från den oändliga punkten där den började. Och fysiken i den supersnabba expansionen pekar på ett platt universum. Det är den första anledningen till att de flesta experter tror att universum är platt, sa han. Om universum inte är platt måste du "finjustera" fysiken i den primordiala mekanismen för att allt ska passa ihop - och göra om otaliga andra beräkningar i processen, sade Melchiorri.
Men det kan hamna nödvändigt, skrev författarna i den nya studien.
Det beror på att det finns en avvikelse i CMB. CMB är det äldsta vi ser i universum, gjord av omgivande mikrovågsbelysning som räcker med allt utrymme när du blockerar stjärnorna och galaxerna och andra störningar. Det är en av de viktigaste källorna till data om universums historia och beteende, eftersom den är så gammal och så spridd över rymden. Och det visar sig, enligt de senaste uppgifterna, att det finns betydligt mer "gravitationslinsning" av CMB än väntat - vilket betyder att tyngdkraften verkar böja CMB: s mikrovågor mer än befintlig fysik kan förklara.
Uppgifterna som teamet bygger på kommer från ett 2018-släpp från Planck-experimentet - ett European Space Agency (ESA) -experiment för att kartlägga CMB mer detaljerat än någonsin tidigare. (De nya uppgifterna kommer att publiceras i ett kommande nummer av tidskriften Astronomy & Astrophysics och finns nu tillgängliga på ESA: s webbplats. Både Di Valentino och Melchiorri var också en del av denna insats.)
För att förklara den extra linsen har Planck-samarbetet just tagit på en extra variabel, som forskarna kallar "A_lens", till gruppens modell för universums bildning, "Detta är något som du lägger där för hand och försöker förklara vad du förstår. Det finns ingen koppling till fysik, "sade Melchiorri, vilket betyder att det inte finns någon A_lens-parameter i Einsteins relativitetsteori. "Vad vi hittade är att du kan förklara A_lens med ett positivt krökt universum, vilket är en mycket mer fysisk tolkning som du kan förklara med allmän relativitet."
Melchiorri påpekade att hans lags tolkning inte är avgörande. Enligt gruppens beräkningar pekar Planck-datan till ett slutet universum med en standardavvikelse på 3,5 sigma (en statistisk mätning som innebär cirka 99,8% förtroende för att resultatet inte beror på slumpmässig chans). Det är väl kort av de 5 sigma standardfysiker som vanligtvis letar efter innan en anrop bekräftas.
Men vissa kosmologer sa att det fanns ännu fler skäl att vara skeptiska.
Andrei Linde, en kosmolog vid Stanford University, berättade för Live Science att Paper Astronomy-dokumentet inte tog hänsyn till ett annat viktigt papper som publicerades i arXiv-databasen den 1 oktober. )
I det uppsatsen tittade universitetet i Cambridge kosmologerna George Efstathiou och Steven Gratton, som båda också arbetade på Planck-samarbetet, på en smalare delmängd data än Nature Astronomy-dokumentet. Deras analys stödde också ett krökande universum, men med mycket mindre statistiskt förtroende än Di Valentino, fann Melchiorri och Silk att titta på ett större segment av Planck-data. Men när Efstathiou och Graton tittade på uppgifterna tillsammans med två andra befintliga datamängder från det tidiga universum, fann de att övergripande pekade bevisen mot ett platt universum.
På frågan om papperet Efstathiou och Gratton berömde Melchiorri den noggranna behandlingen av arbetet. Men han sa att duonens analys förlitar sig på ett för litet segment av Planck-data. Och han påpekade att deras forskning bygger på en modifierad (och i teorin, förbättrad) version av Planck-uppgifterna - inte den offentliga datauppsättningen som mer än 600 fysiker hade kontrollerat.
Linde pekade på den reanalysen som ett tecken på att Efstathiou och Grattons papper baserades på bättre metoder.
Efstathiou bad att inte direkt citeras, men påpekade i ett e-postmeddelande till Live Science att om universum var krökt skulle det ge upphov till ett antal problem - vilket motsäger de andra datauppsättningarna från det tidiga universum och gör skillnader i universumets observerade frekvens av expansion mycket värre. Gratton sa att han gick med.
Melchiorri enades också om att den slutna universummodellen skulle ge upp ett antal problem för fysik.
"Jag vill inte säga att jag tror på ett slutet universum," sade han. "Jag är lite mer neutral. Jag skulle säga, låt oss vänta på uppgifterna och vad de nya uppgifterna kommer att säga. Vad jag tror är att det finns en skillnad nu, att vi måste vara försiktiga och försöka hitta vad som är att producera denna avvikelse. "
