Dataafvigelser kan påvirke forståelsen af ​​universet

Et af de uløste mysterier i moderne videnskab er, hvorfor universets udvidelse ser ud til at accelerere. Nogle forskere hævder, at det skyldes en teoretisk mørk energi, der modvirker tyngdekraften, mens andre mener, at Albert Einsteins længe accepterede teori om selve tyngdekraften måske skal modificeres.

Når astrofysikere leder efter svar i bjergene med data indsamlet fra astronomiske observationer, de opdager, at uoverensstemmelser i disse data i sidste ende kan føre til sandheden.

"Dette er som en detektivhistorie, hvor inkonsistente beviser eller vidnesbyrd kunne føre til at løse gåden, " sagde Dr. Mustapha Ishak-Boushaki, professor i astrofysik ved School of Natural Sciences and Mathematics ved University of Texas i Dallas.

Ishak-Boushaki og hans ph.d.-studerende Weikang Lin har udviklet et nyt matematisk værktøj, der identificerer og kvantificerer uoverensstemmelser i kosmologiske data indsamlet af forskellige videnskabelige missioner og eksperimenter. Deres resultater kunne kaste lys over den kosmiske accelerationsgåde og have en væsentlig indflydelse på vores forståelse af universet.

Deres seneste forskning, offentliggjort i oktober sidste år i tidsskriftet Fysisk gennemgang D , blev præsenteret 4. juni på et møde i American Astronomical Society i Denver.

"De inkonsekvenser, vi har fundet, skal løses, når vi bevæger os mod mere præcis og præcis kosmologi, " Ishak-Boushaki sagde. "Konsekvenserne af disse uoverensstemmelser er, at enten nogle af vores nuværende datasæt har systematiske fejl, der skal identificeres og fjernes, eller at den underliggende kosmologiske model, vi bruger, er ufuldstændig eller har problemer."

Et modelunivers

Astrofysikere bruger en standardmodel for kosmologi til at beskrive historien, universets udvikling og struktur. Fra denne model, de kan beregne universets alder eller hvor hurtigt det udvider sig. Modellen indeholder ligninger, der beskriver universets ultimative skæbne - om det vil fortsætte med at ekspandere, eller til sidst bremse dens ekspansion på grund af tyngdekraften og kollapse på sig selv i et stort knas.

Der er flere variable - kaldet kosmologiske parametre - indlejret i modellens ligninger. Numeriske værdier for parametrene bestemmes ud fra observationer og inkluderer faktorer som, hvor hurtigt galakser bevæger sig væk fra hinanden og stoffets tæthed, energi og stråling i universet.

Men der er et problem med disse parametre. Deres værdier er beregnet ved hjælp af datasæt fra mange forskellige eksperimenter, og nogle gange stemmer værdierne ikke overens. Resultatet:systematiske fejl i datasæt eller usikkerhed i standardmodellen.

"Vores forskning ser på værdien af ​​disse parametre, hvordan de bestemmes ud fra forskellige eksperimenter, og om der er enighed om værdierne, " sagde Ishak-Boushaki.

Nyt værktøj finder uoverensstemmelser

UT Dallas-teamet udviklede en ny foranstaltning, kaldet indekset for inkonsistens, eller IOI, der giver en numerisk værdi til graden af ​​uoverensstemmelse mellem to eller flere datasæt. Sammenligninger med en IOI større end 1 betragtes som inkonsistente. Dem med en IOI over 5 rangeres som stærkt inkonsistente.

For eksempel, forskerne brugte deres IOI til at sammenligne fem forskellige teknikker til at bestemme Hubble-parameteren, som er relateret til den hastighed, hvormed universet udvider sig. En af disse teknikker - omtalt som den lokale måling - er afhængig af måling af afstande til relativt nærliggende eksploderende stjerner kaldet supernovaer. De andre teknikker er afhængige af observationer af forskellige fænomener på meget større afstande.

"Vi fandt ud af, at der er en overensstemmelse mellem fire ud af fem af disse metoder, men Hubble-parameteren fra lokal måling af supernovaer er ikke i overensstemmelse. Det er som en afviger, "Ishak-Boushaki sagde." Især der er en klar spænding mellem den lokale måling og den fra Planck videnskabsmissionen, som karakteriserede den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling."

For at komplicere sagerne, flere metoder er blevet brugt til at bestemme, at lokal måling, og de producerede alle en lignende Hubble-værdi, stadig uenig med Planck og andre resultater.

"Hvorfor skiller denne lokale måling af Hubble-parameteren sig ud i betydelig uenighed med Planck?" spurgte Ishak-Boushaki.

Han og Lin anvendte også deres IOI-værktøj til fem sæt observationsdata relateret til universets store struktur. De kosmologiske parametre beregnet ved hjælp af disse fem datasæt var meget uenige, både individuelt og kollektivt, med parametre bestemt af observationer fra Planck.

"Dette er meget spændende. Dette fortæller os, at universet på de største observerbare skalaer kan opføre sig anderledes end universet på mellemliggende eller lokale skalaer, "Sagde Ishak-Boushaki." Dette får os til at stille spørgsmålstegn ved, om Albert Einsteins tyngdekraftsteori er gældende hele vejen fra små skalaer til meget store skalaer i universet. "

UT Dallas-forskerne har gjort deres IOI-værktøj tilgængeligt for andre forskere at bruge. Ishak-Boushaki sagde Dark Energy Science Collaboration, del af projektet Large Synoptic Survey Telescope, vil bruge værktøjet til at lede efter uoverensstemmelser mellem datasæt.

"Disse uoverensstemmelser begynder at vise sig mere nu, fordi vores observationer er udviklet til et niveau af præcision, hvor vi kan se dem, " sagde Ishak-Boushaki, som udgav sit første papir om uoverensstemmelserne i 2005. "Vi har brug for de rigtige værdier for disse kosmologiske parametre, fordi det har vigtige konsekvenser for vores forståelse af universet."