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惊了,研究表明,宇宙的膨胀速率可能是不一样的

2020/6/24 10:11:03 来源:原创 浏览:

新的研究结果正挑战着现代天文学的核心信条。

为了证明在大尺度上宇宙是否在各个方向上具有各向同性,一项大型研究正在对这四个星系群进行着数百次分析。研究结果表明“各向同性”宇宙的概念也许并不能适用于整个宇宙。

宇宙在各个方向上也许并不相同。

一个新的研究表明,宇宙膨胀的速率似乎是随着空间位置而变化的。

这个结论如果被证实,将会使天文学家们重新审视自己对宇宙的理解。

“天文学的核心之一——对于宇宙过去和未来的研究——是宇宙是’各向同性’的,意味着宇宙在各个方向上都是相同的,”德国波恩大学的研究负责人Konstantinos Migkas说,“我们的研究表明这个理论可能有漏洞。“

大爆炸之后,由于神秘力量暗物质的作用,宇宙以一个不断加速的速率膨胀了至少138亿年。基于爱因斯坦广义相对论的公式认为这个膨胀在大的空间尺度上是各向同性的,Migkas在新研究的发表中写道。对于宇宙微波背景辐射(大爆炸遗留下来的热辐射)的观察也支持这个理论,他补充道:“宇宙微波背景辐射看起来似乎是各向同性的,天文学家也推测,从宇宙形成初期到现在,大约140亿年都是各向同性的。”

但是值得注意的是,暗物质只在宇宙演变的大约4亿年前才变成主导因素,所以尚且无法断定这个推测是否合理。暗物质“令人困惑的特性使得天文学家尚且不能完全理解它”,Migkas写道。“因此,假定宇宙是各向同性的目前更像是一个信仰,这更加突出了研究如今的宇宙究竟是不是各向同性的紧迫性。”

这项新研究报告了其中一项调查的结果。Migkas和他的同事们一起研究了宇宙中最大的引力束缚结构,包括了842个星系团。研究过程中使用到了三架太空望远镜进行数据整合,它们是NASA的钱德拉X射线天文台、欧洲航天局的XMM牛顿望远镜以及飞鸟号这项由日本和美国联合发射,并于2001年结束使命的航天器。

研究人员通过分析来自每个星团内部巨大空间和炙热气体的X射线的辐射来测定每个星团的温度,他们使用这一温度数据来估算每个星团固有的X射线光度,而不需要将一些宇宙变量纳入考虑范围,例如宇宙膨胀率等等。

接着,研究人员使用不同的方式计算了每个星团的X射线光度,其中一种的确使用到了宇宙膨胀相关知识。通过这样的方式研究人员得出了整个夜空的表观膨胀率,并且他们发现,这些速率并不匹配所有的区域。

“我们成功找到了一个看起来似乎扩张得比宇宙其他地方更缓慢的区域,而另一个似乎扩张得更快!”Migkas在他的博客中这样写道,“有趣的是,其他几种计算方法得出的结果与我们的研究结果相一致,不同之处在于,我们以一种更可信、覆盖面更广的方法成功识别出了夜空中的这种‘各向异性’。”

根据Konstantinos Migkas和他的同事们在一项新研究中的估测,这张图显示了宇宙在不同方向的膨胀率。

这是一张中心朝向我们星系中心的银河系坐标地图。黑色和紫色表示最低膨胀率的方向(哈勃常数);黄色和红色表示最高膨胀率的方向。(图源:波恩大学/K.Migkas 等)

有可能这一结果指向一个相对没有新意的解释,例如,在异常区域的星系团可能受到其他星系团的引力作用,造成了膨胀率看似不同的错觉。

研究人员还介绍道,我们可以在宇宙中更小的空间尺度上看到这一效应。同时他们也补充说到,这项新研究同时还观测到了50亿光年之外的星团,目前尚不明晰在这样遥远的距离内引力能否牵引压过膨胀力。

假设我们所观察到的宇宙膨胀率差异是真实的,那么关于宇宙如何运作,它将向我们展示一些全新、有趣且具备启发性的细节。比如,或许暗物质其本身在宇宙中的不同位置,是非常不同的。

波恩大学的研究参与者托马斯·雷普里奇认为“若我们所发现的暗物质在宇宙中的不同位置具备不同的力,这将非常引人注目。当然,我们仍需要更多的证据来反驳其他的解释,并使我们的立场更具备说服力”

《Astronomy and Astrophysics》期刊2020年四月刊发表了最新的研究,您可通过预发表arXiv免费阅读。

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观测发现了宇宙的加速膨胀,且其膨胀速度,与远处某星系远离观察者的速度相同,且该速度随着时间持续增加。

宇宙的加速膨胀于1998年,由两个不同的研究项目“超新星宇宙学”和“High-Z超新星研究团队”发现,他们皆利用遥远的La型超新星作为观测对象,观测到了宇宙的加速膨胀。选取该观察对象是因为,La型超新星具备几乎不变的内禀亮度(像一支安静的蜡烛)。此外,由于观察到的亮度随着超新星距离我们的距离增加逐渐减弱,我们可以通过观测这些超新星的亮度来预测其距离远近。继而该距离可用于对比超新星的宇宙学红移,这能够观测出在超新星诞生后,宇宙膨胀了多少。

出乎意料的结果是,观察对象正在宇宙中以相同的加速度远离彼此。 当时宇宙学家预测,由于宇宙间物质万有引力的存在,退行速度将会下降。两组研究队伍中的三名成员随后因为这项发现获得了诺贝尔奖。 在重子声学震荡和对星系成团的研究中发现了证实可信的证据。


作者:Mike Wall

FY:Astronomical volunteer team

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RaPo:期待进一步的研究结果。

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