Kosmologer finder en måde at kontrollere, om universet er varmere i den ene ende end i den anden

Forskere har længe observeret en tilsyneladende gradient i den kosmiske mikrobølgebaggrund, men har ikke været i stand til at afgøre, hvor meget der er reelt, og hvor meget der opfattes. USC Dornsife-forskere ser ud til at have fundet en vej til et svar.

Observeret fra Jorden, universet ser lidt varmere ud i den ene ende end i den anden, i hvert fald hvad angår den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB). Men spørgsmålet, der plager kosmologer, er, om den ubalance i CMB er reel eller et resultat af Doppler-effekten.

USC Dornsife-forskerne Siavash Yasini og Elena Pierpaoli kan have fundet en måde at finde et svar på.

gjort mest berømt måske af Edwin Hubble, som brugte det til at vise, at universet udvider sig, Doppler-effekten er det tilsyneladende skift i frekvensen af ​​elektromagnetiske bølger på grund af bevægelser af kroppe, der bevæger sig hurtigt gennem rummet. Bølger såsom elektromagnetisk stråling - lysbølger, Røntgenstråler, mikrobølger, osv. - ser ud til at skifte i energi, med dem, der bevæger sig mod en iagttager, der ser ud til at have højere energi, eller varmere, end de egentlig er. Det modsatte gælder for bølger, der bevæger sig væk fra observatøren, der fremstår koldere.

Forskere, der ser på himlen, ser rummet, der slæber bagved Jorden, synes koldere end rummet foran, men det er ikke klart, om det kun er Doppler-effekten eller en observation af en sand forskel i CMB-temperaturen. Det er et puslespil, der har vedvaret i årtier.

Fordi CMB er resterende energi fra Big Bang - da hele universet eksploderede udad fra et enkelt punkt - har kosmologer antaget, at det er spredt jævnt. Udseendet af to poler i universet, den ene varmere end den anden, må derfor være et resultat af Doppler-effekten, et resultat af, at solsystemet bevæger sig gennem rummet.

"Vi tror, ​​at den ene side af CMB kun ser varmere ud, fordi vi bevæger os hen imod den, og den modsatte side ser koldere ud, fordi vi bevæger os væk fra den, " sagde Yasini, en ph.d. studerende i fysik og astronomi.

Astrofysikere, der måler solsystemets hastighed i forhold til CMB, justerer deres beregninger baseret på denne antagelse, det samme gør kosmologer, der studerer Big Bang og tilstande kort efter.

Men det kan jo være en fejl.

"Hvis der er en iboende dipol i CMB - dvs. hvis den ene side af himlen faktisk er delvist varmere end den modsatte side - ville den hastighed, vi tildeler solsystemet i forhold til CMB, være forkert, " sagde Yasini. Dette ville påvirke, hvordan videnskabsmænd måler hastigheden af ​​fjerne objekter såsom galakser, og teorier om, hvad der skete øjeblikke efter Big Bang, kunne blive rystet.

Kørsel af beregninger for en anden, men relateret undersøgelse, Yasini og professor i fysik og astronomi Pierpaoli, hvem er Yasinis mentor på kandidatskolen, fundet en interessant detalje:Frekvensspektret for CMB, som gennemsnittet over himlen, vil variere, hvis dipolen er reel og ikke kun et resultat af Doppler-effekten.

Med andre ord, hvis CMB er, faktisk, varmere i den ene ende af universet end den anden, gennemsnitstemperaturen målt over hele himlen vil være lidt anderledes, end hvis CMB faktisk er ensartet.

Yasini og Pierpaolis resultater vil gøre det muligt for kosmologer, der foretager den næste generation af CMB-undersøgelser, at bestemme arten af ​​CMB-dipolen for første gang nogensinde. løse gåden.

"Nu hvor vi har et matematisk grundlag for at finde et svar, det er bare tilbage at gøre observationerne, " sagde Pierpaoli.

Hvis det viser sig, at en del af dipolen er reel og ikke kun et resultat af Doppler-effekten, astrofysikere og astronomer bliver nødt til at omkalibrere alle deres målinger for at få et mere præcist billede af det observerbare univers.

Lige så vigtigt, kosmologer, der studerer Big Bang og forholdene i det meget tidlige univers, vil have nye retninger at udforske for at forstå, hvordan og hvorfor CMB er spredt ujævnt, og hvordan universet er blevet til, som det er nu.