Nytænkning af kosmologi:Universets ekspansion er muligvis ikke ensartet (Opdatering)

Astronomer har i årtier antaget, at universet udvider sig med samme hastighed i alle retninger. En ny undersøgelse baseret på data fra ESA's XMM-Newton, NASAs Chandra og de tyskledede ROSAT røntgenobservatorier antyder, at denne nøglepræmis for kosmologi kan være forkert.

Konstantinos Migkas, en ph.d. forsker i astronomi og astrofysik ved universitetet i Bonn, Tyskland, og hans vejleder Thomas Reiprich satte sig oprindeligt for at verificere en ny metode, der ville gøre det muligt for astronomer at teste den såkaldte isotropihypotese. Ifølge denne antagelse, universet har, på trods af nogle lokale forskelle, de samme egenskaber i hver retning i stor skala.

Alment accepteret som en konsekvens af veletableret fundamental fysik, hypotesen er blevet understøttet af observationer af den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB). En direkte rest af Big Bang, CMB afspejler universets tilstand, som den var i sin vorden, kun 380.000 år gammel. CMB's ensartede fordeling på himlen antyder, at universet i de tidlige dage må have udvidet sig hurtigt og med samme hastighed i alle retninger.

I dagens univers, imidlertid, dette er måske ikke længere sandt.

"Sammen med kolleger fra University of Bonn og Harvard University, vi så på adfærden af ​​over 800 galaksehobe i det nuværende univers, " siger Konstantinos. "Hvis isotropihypotesen var korrekt, klyngernes egenskaber ville være ensartede hen over himlen. Men vi så faktisk betydelige forskelle."

Astronomerne brugte røntgentemperaturmålinger af den ekstremt varme gas, der gennemsyrer klyngerne, og sammenlignede dataene med, hvor lyse klyngerne ser ud på himlen. Klynger med samme temperatur og placeret i en lignende afstand skal virke tilsvarende lyse. Men det er ikke, hvad astronomerne observerede.

"Vi så, at klynger med de samme egenskaber, med lignende temperaturer, syntes at være mindre lyst end hvad vi ville forvente i én retning af himlen, og lysere end forventet i en anden retning, " siger Thomas. "Forskellen var ret betydelig, omkring 30 pct. Disse forskelle er ikke tilfældige, men har et klart mønster afhængigt af den retning, vi observerede på himlen."

Før man udfordrer den bredt accepterede kosmologiske model, som danner grundlag for at estimere klyngeafstandene, Konstantinos og kolleger så først på andre mulige forklaringer. Måske, der kan være uopdagede gas- eller støvskyer, der skjuler udsynet, og får klynger i et bestemt område til at virke svagere. Dataene, imidlertid, understøtter ikke dette scenario.

I nogle områder af rummet kan fordelingen af ​​klynger blive påvirket af bulkstrømme, store bevægelser af stof forårsaget af tyngdekraften fra ekstremt massive strukturer såsom store klyngegrupper. Denne hypotese, imidlertid, virker også usandsynligt. Konstantinos tilføjer, at resultaterne overraskede holdet.

"Hvis universet virkelig er anisotropt, selv om det kun er inden for de sidste par milliarder år, det ville betyde et enormt paradigmeskift, fordi retningen af ​​hvert objekt skulle tages i betragtning, når vi analyserer deres egenskaber, " siger han. "F.eks. i dag, vi estimerer afstanden til meget fjerne objekter i universet ved at anvende et sæt kosmologiske parametre og ligninger. Vi mener, at disse parametre er de samme overalt. Men hvis vores konklusioner er rigtige, ville det ikke være tilfældet, og vi ville være nødt til at revidere alle vores tidligere konklusioner."

"Dette er et enormt fascinerende resultat, " kommenterer Norbert Schartel, XMM-Newton-projektforsker ved ESA. "Tidligere undersøgelser har antydet, at det nuværende univers måske ikke udvider sig jævnt i alle retninger, men dette resultat - første gang en sådan test er blevet udført med galaksehobe i røntgenstråler - har en meget større betydning, og afslører også et stort potentiale for fremtidige undersøgelser."

Forskerne spekulerer på, at denne muligvis ujævne effekt på kosmisk ekspansion kan være forårsaget af mørk energi, den mystiske komponent af kosmos, der tegner sig for størstedelen – omkring 69 % – af dets samlede energi. Meget lidt er kendt om mørk energi i dag, bortset fra at det ser ud til at have accelereret universets udvidelse i de sidste par milliarder år.

ESA's kommende teleskop Euclid, designet til at afbilde milliarder af galakser og granske udvidelsen af ​​kosmos, dens acceleration og karakteren af ​​mørk energi, kan hjælpe med at løse dette mysterium i fremtiden.

"Resultaterne er virkelig interessante, men prøven inkluderet i undersøgelsen er stadig relativt lille til at drage så dybe konklusioner, siger René Laureijs, Euclid-projektforsker ved ESA. "Dette er det bedste, man kunne gøre med de tilgængelige data, men hvis vi virkelig skulle genoverveje den bredt accepterede kosmologiske model, vi ville have brug for flere data."

Og Euklid gør måske præcis det. Rumfartøjet, lanceres i 2022, måske ikke kun finde bevis for, at mørk energi virkelig strækker universet ujævnt i forskellige retninger, det vil også gøre det muligt for forskerne at indsamle flere data om egenskaberne af en stor mængde galaksehobe, som kan understøtte eller modbevise de nuværende resultater.

Yderligere data vil også komme snart fra røntgen eROSITA instrumentet, bygget af Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. Instrumentet, ombord på den nyligt opsendte tysk-russiske satellit Spektr-RG, vil udføre den første all-sky undersøgelse i mellemenergi røntgenstråler, med fokus på opdagelsen af ​​titusinder af hidtil ukendte galaksehobe og aktive galaktiske centre.

Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Astronomi og astrofysik