Udførelse af speciel relativitetsteori i praksis ved at tælle galakser

Forskere, der studerer kosmos, har en yndlingsfilosofi kendt som "middelmådighedsprincippet", som i bund og grund antyder, at der virkelig ikke er noget særligt ved Jorden, solen eller Mælkevejsgalaksen sammenlignet med resten af ​​universet.

Nu tilføjer ny forskning fra CU Boulder endnu et bevis til sagen om middelmådighed:Galakser er i gennemsnit i hvile med hensyn til det tidlige univers. Jeremy Darling, en CU Boulder astrofysikprofessor, offentliggjorde for nylig denne nye kosmologiske opdagelse i The Astrophysical Journal Letters .

"Det, denne forskning fortæller os, er, at vi har en sjov bevægelse, men den sjove bevægelse er i overensstemmelse med alt, hvad vi ved om universet - der sker ikke noget særligt her," sagde Darling. "Vi er ikke specielle som en galakse eller som observatører."

For omkring 35 år siden opdagede forskere den kosmiske mikrobølgebaggrund, som er elektromagnetisk stråling tilbage fra universets dannelse under Big Bang. Den kosmiske mikrobølgebaggrund ser varmere ud i vores bevægelsesretning og køligere væk fra vores bevægelsesretning.

Ud fra denne glød fra det tidlige univers kan videnskabsmænd udlede, at solen – og Jorden, der kredser om den – bevæger sig i en bestemt retning med en bestemt hastighed. Forskere finder ud af, at vores udledte hastighed er en brøkdel af en procent af lysets hastighed – lille, men ikke nul.

Forskere kan uafhængigt teste denne slutning ved at tælle de galakser, der er synlige fra Jorden, eller lægge deres lysstyrke sammen. De kan gøre dette i høj grad takket være Albert Einsteins 1905 teori om særlige relativitetsteori, som forklarer, hvordan hastighed påvirker tid og rum. I denne applikation bør en person på Jorden, der ser ud i universet i én retning - den samme retning, som solen og Jorden bevæger sig - se galakser, der er lysere, blåere og mere koncentrerede. På samme måde bør personen ved at se den anden retning se galakser, der er mørkere, rødere og længere fra hinanden.

Men når efterforskere har forsøgt at tælle galakser i de senere år - en proces, der er svær at udføre nøjagtigt - er de kommet frem til tal, der tyder på, at solen bevæger sig meget hurtigere end tidligere antaget, hvilket er i modstrid med standard kosmologi.

"Det er svært at tælle galakser over hele himlen - du sidder normalt fast med en halvkugle eller mindre," sagde Darling. "Og oven i købet kommer vores egen galakse i vejen. Den har støv, der vil få dig til at finde færre galakser og vil få dem til at se mørkere ud, når du kommer tættere på vores galakse."

Darling var fascineret og forvirret over dette kosmologiske puslespil, så han besluttede at undersøge det selv. Han vidste også, at der var to nyligt udgivne undersøgelser, der kunne hjælpe med at forbedre nøjagtigheden af ​​en galaksetælling - og kaste lys over hastighedsmysteriet:den ene kaldet Very Large Array Sky Survey (VLASS) i New Mexico, og den anden kaldet Rapid Australian Square Kilometer Array Pathfinder Continuum Survey (RACS) i Australien.

Sammen gav disse undersøgelser Darling mulighed for at studere hele himlen ved at lappe udsigter fra den nordlige og sydlige halvkugle sammen. Det er vigtigt, at de nye undersøgelser også brugte radiobølger, som gjorde det lettere at "se" gennem støvet fra Mælkevejen og dermed forbedre udsynet over universet.

Da Darling analyserede undersøgelserne, fandt han ud af, at antallet af galakser og deres lysstyrke var i perfekt overensstemmelse med de hastighedsforskere tidligere havde udledt ud fra den kosmiske mikrobølgebaggrund.

"Vi finder en lys retning og en svag retning - vi finder en retning, hvor der er flere galakser og en retning, hvor der er færre galakser," sagde han. "Den store forskel er, at det stemmer overens med det tidlige univers fra den kosmiske mikrobølgebaggrund, og det har den rigtige hastighed. Vores kosmologi er helt fint."

Da Darlings resultater adskiller sig fra tidligere resultater, vil hans papir sandsynligvis foranledige forskellige opfølgende undersøgelser for at bekræfte eller bestride hans resultater.

Men udover at skubbe det kosmologiske felt fremad, er resultaterne et godt eksempel fra den virkelige verden på Einsteins specielle relativitetsteori – og de viser, hvordan forskere stadig omsætter teorien i praksis, mere end 100 år efter, at den berømte fysiker første gang foreslog den. .

"Jeg elsker ideen om, at dette grundlæggende princip, som Einstein fortalte os om for længe siden, er noget, du kan se," sagde Darling. "Det er en virkelig esoterisk ting, der virker super underlig, men hvis du går ud og tæller galakser, kan du se denne pæne effekt. Det er ikke helt så esoterisk eller mærkeligt, som du måske tror." + Udforsk yderligere

At fejre Hubbles 32-års fødselsdag med en galaksegruppe