Himmelske boondocks:Undersøgelser understøtter ideen om, at vi lever i et tomrum

Kosmologisk set, Mælkevejen og dens umiddelbare nabolag er i bjergene.

I en observationsundersøgelse fra 2013, Ryan Keenan, en postdoc-forsker ved Academia Sinica i Taiwan og en alumnus ved University of Wisconsin-Madison, og hans tidligere UW-rådgiver, astronom Amy Barger, viste, at vores galakse, i sammenhæng med universets storskalastruktur, bor i et enormt tomrum - et område i rummet, der indeholder langt færre galakser, stjerner og planeter end forventet.

Nu, en ny undersøgelse af en UW-Madison bachelor, også en elev af Bargers, ikke kun styrker ideen om, at vi eksisterer i et af hullerne i den schweiziske ostestruktur i kosmos, men hjælper med at lette den tilsyneladende uenighed eller spænding mellem forskellige målinger af Hubble-konstanten, den enhed, kosmologer bruger til at beskrive den hastighed, hvormed universet udvider sig i dag.

Resultaterne fra den nye undersøgelse blev præsenteret her i dag (6. juni, 2017) ved et møde i American Astronomical Society.

Spændingen opstår fra erkendelsen af, at forskellige teknikker astrofysikere anvender til at måle, hvor hurtigt universet udvider sig, giver forskellige resultater. "Uanset hvilken teknik du bruger, du burde få den samme værdi for udvidelseshastigheden af ​​universet i dag, " forklarer Ben Hoscheit, Wisconsin-studerende, der præsenterer sin analyse af det tilsyneladende meget større end gennemsnittet hulrum, som vores galakse befinder sig i. "Heldigvis, at leve i et tomrum hjælper med at løse denne spænding."

Grunden til det er, at et tomrum - med langt mere stof uden for tomrummet, der udøver en lidt større tyngdekraft - vil påvirke Hubble Constant-værdien, man måler fra en teknik, der bruger relativt nærliggende supernovaer, mens det ikke vil have nogen effekt på værdien afledt af en teknik, der bruger den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB), det resterende lys fra Big Bang.

Den nye Wisconsin-rapport er en del af den meget større indsats for bedre at forstå universets struktur i stor skala. Strukturen af ​​kosmos er schweizisk ost-lignende i den forstand, at den er sammensat af "normalt stof" i form af hulrum og filamenter. Filamenterne består af superhobe og galaksehobe, som igen er sammensat af stjerner, gas, støv og planeter. Mørkt stof og mørk energi, som endnu ikke kan observeres direkte, menes at omfatte cirka 95 procent af universets indhold.

Tomrummet, der indeholder Mælkevejen, kendt som KBC-tomrummet for Keenan, Barger og University of Hawaiis Lennox Cowie, er mindst syv gange så stor som gennemsnittet, med en radius på omkring 1 milliard lysår. Til dato, det er det største tomrum, videnskaben kender. Hoscheits nye analyse, ifølge Barger, viser, at Keenans første skøn over KBC-tomrummet, som er formet som en kugle med en skal af stigende tykkelse bestående af galakser, stjerner og andet, er ikke udelukket af andre observationsmæssige begrænsninger.

"Det er ofte virkelig svært at finde ensartede løsninger mellem mange forskellige observationer, siger Barger, en observationel kosmolog, som også har en tilknyttet kandidatudnævnelse ved University of Hawaii's Department of Physics and Astronomy. "Hvad Ben har vist er, at tæthedsprofilen, som Keenan målte, stemmer overens med kosmologiske observerbare. Man ønsker altid at finde konsistens, ellers er der et problem et sted, der skal løses."

Det skarpe lys fra en supernovaeksplosion, hvor afstanden til galaksen, der er vært for supernovaen, er veletableret, er det foretrukne "stearinlys" for astronomer, der måler den accelererede udvidelse af universet. Fordi disse objekter er relativt tæt på Mælkevejen, og fordi uanset hvor de eksploderer i det observerbare univers, de gør det med den samme mængde energi, det giver en måde at måle Hubble-konstanten på.

Alternativt den kosmiske mikrobølgebaggrund er en måde at undersøge det meget tidlige univers på. "Fotoner fra CMB koder for et babybillede af det meget tidlige univers, " forklarer Hoscheit. "De viser os, at på det tidspunkt, universet var overraskende homogent. Det var varmt, tæt suppe af fotoner, elektroner og protoner, viser kun få små temperaturforskelle på himlen. Men, faktisk, disse små temperaturforskelle er præcis, hvad der tillader os at udlede Hubble-konstanten gennem denne kosmiske teknik."

En direkte sammenligning kan således foretages, Hoscheit siger, mellem den 'kosmiske' bestemmelse af Hubble-konstanten og den 'lokale' bestemmelse afledt af observationer af lys fra relativt nærliggende supernovaer.

Den nye analyse lavet af Hoscheit, siger Barger, viser, at der ikke er nogen aktuelle observationshindringer for at konkludere, at Mælkevejen ligger i et meget stort tomrum. Som en bonus, tilføjer hun, tilstedeværelsen af ​​tomrummet kan også løse nogle af uoverensstemmelserne mellem teknikker, der bruges til at måle, hvor hurtigt universet udvider sig.