Undersøgelser viser, at mønstre dannet af spiralgalakser viser, at universet kan have en defineret struktur

En analyse af mere end 200, 000 spiralgalakser har afsløret uventede forbindelser mellem spinretninger af galakser, og strukturen dannet af disse forbindelser kan tyde på, at det tidlige univers kunne have drejet rundt, ifølge en undersøgelse fra Kansas State University.

Lior Shamir, en K-State beregningsastronom og computerforsker, præsenterede resultaterne ved det 236. American Astronomical Society-møde i juni 2020. Resultaterne er væsentlige, fordi observationerne er i konflikt med nogle tidligere antagelser om universets struktur i stor skala.

Siden Edwin Hubbles tid, astronomer har troet, at universet blæser op uden nogen bestemt retning, og at galakserne i det er fordelt uden nogen særlig kosmologisk struktur. Men Shamirs nylige observationer af geometriske mønstre på mere end 200, 000 spiralgalakser tyder på, at universet kunne have en defineret struktur, og at det tidlige univers kunne have snurret. Mønstre i fordelingen af ​​disse galakser tyder på, at spiralgalakser i forskellige dele af universet, adskilt af både rum og tid, er beslægtede gennem de retninger, som de drejer mod, ifølge undersøgelsen.

"Datavidenskab i astronomi har ikke bare gjort astronomiforskning mere omkostningseffektiv, men det giver os også mulighed for at observere universet på en helt anden måde, " sagde Shamir, også en K-State lektor i datalogi. "Det geometriske mønster udstillet af spiralgalaksernes fordeling er klart, men kan kun observeres, når man analyserer et meget stort antal astronomiske objekter."

En spiralgalakse er et unikt astronomisk objekt, fordi dets visuelle udseende afhænger af observatørens perspektiv. For eksempel, en spiralgalakse, der drejer med uret, når den observeres fra Jorden, ser ud til at dreje mod uret, når observatøren er placeret i den modsatte side af den galakse. Hvis universet er isotropt og ikke har nogen særlig struktur - som tidligere astronomer har forudsagt - ville antallet af galakser, der drejer med uret, være nogenlunde lig med antallet af galakser, der drejer mod uret. Shamir brugte data fra moderne teleskoper til at vise, at dette ikke er tilfældet.

Med traditionelle teleskoper, at tælle galakser i universet er en skræmmende opgave. Men moderne robotteleskoper som Sloan Digital Sky Survey, eller SDSS, og Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, eller Pan-STARRS, er i stand til automatisk at afbilde mange millioner galakser, når de overvåger himlen. Maskinsyn kan så sortere millioner af galakser efter deres spinretning langt hurtigere end nogen person eller gruppe af mennesker.

Når man sammenligner antallet af galakser med forskellige rotationsretninger, antallet af galakser, der drejer med uret, er ikke lig med antallet af galakser, der drejer mod uret. Forskellen er lille, lidt over 2 %, men med det høje antal galakser, der er en sandsynlighed på mindre end 1 til 4 milliarder for at have en sådan asymmetri ved et tilfælde, ifølge Shamirs forskning.

Mønstrene strækker sig over mere end 4 milliarder lysår, men asymmetrien i det område er ikke ensartet. Undersøgelsen viste, at asymmetrien bliver højere, når galakserne er længere væk fra Jorden, hvilket viser, at det tidlige univers var mere konsekvent og mindre kaotisk end det nuværende univers.

Men mønstrene viser ikke bare, at universet ikke er symmetrisk, men også at asymmetrien ændrer sig i forskellige dele af universet, og forskellene udviser et unikt mønster af multipoler.

"Hvis universet har en akse, det er ikke en enkelt enkelt akse som en karusell, " sagde Shamir. "Det er en kompleks justering af flere akser, der også har en vis drift."

Begrebet kosmologiske multipoler er ikke nyt. Tidligere rumbaserede observatorier - såsom Cosmic Background Explorer, eller COBE, satellit; Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, eller WMAP-mission; og Planck-observatoriet - viste, at den kosmiske mikrobølgebaggrund, som er elektromagnetisk stråling fra det meget tidlige univers, udstiller også flere pæle. Men målingen af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrund er følsom over for forgrundskontamination - såsom forhindring af Mælkevejen - og kan ikke vise, hvordan disse poler ændrede sig over tid. Asymmetrien mellem spin-retninger af spiralgalakser er en måling, der ikke er følsom over for obstruktion. Det, der kan hindre galakser, der spinder i én retning i et bestemt felt, vil nødvendigvis også hindre galakser, der spinder på den modsatte måde.

"Der er ingen fejl eller forurening, der kunne udvise sig selv gennem så unikke, komplekse og konsistente mønstre, " sagde Shamir. "Vi har to forskellige himmelundersøgelser, der viser nøjagtig de samme mønstre, selv når galakserne er helt anderledes. Der er ingen fejl, der kan føre til det. Dette er universet, vi lever i. Dette er vores hjem."