真正的“世界观崩塌”:宇宙各个方向上的膨胀速度可能不同

宇宙学的一个基本概念是,如果观察尺度足够大,你会在所有方向上看到相同的东西。这是人类认识宇宙历史和命运的支柱。

4月8日,由欧洲航天局(欧空局)和美国国家航空航天局(美国航天局)共同完成的一项成就对此提出了质疑。德国波恩大学的宇宙学家康斯坦丁·米加斯领导了这项研究,他说:“那根柱子可能有裂缝。”

几十年来,天文学家一直假设宇宙自大爆炸以来在所有方向上的膨胀速率是相同的,这被称为各向同性。这样,尽管有一些局部差异,宇宙在大范围内的每个方向都有相同的性质。

一个常见的类比是吐司,星系和其他宇宙物质在里面是葡萄干。在烘烤过程中,葡萄干随着面包的膨胀而散开,但通常是均匀的。

宇宙各向同性假说得到了宇宙微波背景辐射的支持。

宇宙微波背景辐射是一组古老的光子。在很早的时候,宇宙中曾经充满了处于混沌等离子状态的各种基本粒子。直到大爆炸后大约380,000年,质子和电子结合形成稳定的中性氢原子,宇宙才变得透明,并允许当时的光子自由传播。这组光子经过大约137亿年后到达地球,就像137亿年前的宇宙图像一样。

这张“38岁万岁”的照片告诉我们,当时宇宙以同样的速度向四面八方膨胀。那么,今天的宇宙还是这样吗?

如果宇宙保持各向同性,具有相同温度和相似距离的星系团应该看起来一样明亮。该团队使用了一种强大而新颖的方法来测试这一点。

星系团中充满了极其炽热的气体,其温度与它们产生的X射线量有关,这种X射线被称为X射线亮度。这种测量方法不会受到宇宙膨胀的影响。然后,研究小组用另一种方法计算亮度,这将受到宇宙膨胀速度的影响,来比较两者。超过800个星系团的验证结果与理论相矛盾。

参与这项研究的波恩大学天文学家托马斯·雷普里什说:“我们发现,具有相同性质和相似温度的星团在一个方向的亮度低于预期,而在另一个方向的亮度高于预期。这一差异非常显著,约为30%。这些差异不是随机的,而是根据我们的观察方向显示出清晰的模式。”

该研究小组进一步排除了气体和尘埃云阻挡视线或超大质量结构重力场的影响。

如果宇宙不再均匀膨胀,天文学家会很忙。一个各向同性的宇宙有一套普遍适用的相同的参数和方程,而一个各向异性的宇宙必须在一个非常遥远的尺度上进行提炼。

至于不均匀膨胀的原因,神秘的暗能量,据信占据了宇宙的69%,可能是一种解释。

值得注意的是,这项研究的观测数据来自几个先进的空间望远镜,样本数量非常有限。欧空局的XMM牛顿望远镜和美国航天局的钱德拉望远镜都是在1999年发射的。

欧空局旗舰欧几里德望远镜计划于2022年启航,主题是宇宙膨胀和暗能量。通过拍摄数十亿个星系的图像,它可能会提供更准确的证据。

标题:真正的“世界观崩塌”:宇宙各个方向上的膨胀速度可能不同

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