驚喜！宇宙膨脹率可能因地而異

2023-04-01 09:18:32 1

新的研究成果正在挑戰現代天文學的核心原則。

為了證明宇宙在大範圍內是否在所有方向都是各向同性的，一項大規模的研究正在對四個星系團進行數百次分析。結果表明，「各向同性」宇宙的概念可能不適用於整個宇宙。

宇宙可能在各個方向都不一樣。

一項新的研究表明，宇宙的膨脹速度似乎隨著空之間的位置而變化。

如果得到證實，這個結論將使天文學家能夠重新檢查他們對宇宙的理解。

德國波恩大學的研究負責人康斯坦丁諾斯·米卡斯說:「天文學的核心之一——對宇宙過去和未來的研究——是宇宙是『各向同性的』，這意味著宇宙在各個方向都是一樣的。」。"我們的研究表明這個理論可能有缺陷。"

大爆炸後，由於暗物質的神秘力量，宇宙加速膨脹了至少138億年。米格卡斯在新研究的出版物中寫道，基於愛因斯坦廣義相對論的公式認為，這種膨脹在大的空尺度上是各向同性的。對宇宙微波背景輻射(大爆炸遺留下來的熱輻射)的觀測也支持這一理論，並補充道:「宇宙微波背景輻射似乎是各向同性的，天文學家還推測，從宇宙誕生到現在，它已經各向同性了大約140億年。」

然而，值得注意的是，大約在4億年前宇宙進化時，暗物質才成為主導因素，因此仍然無法確定這種推測是否合理。米格卡斯寫道，暗物質「具有天文學家無法完全理解的令人困惑的性質」。「因此，假設宇宙是各向同性的更像是目前的一種信念，這凸顯了研究宇宙是否各向同性的緊迫性。」

新的研究報告了其中一項調查的結果。米格卡斯和他的同事研究了宇宙中最大的引力束縛結構，包括842個星系團。在研究過程中，日本和美國聯合發射並於2001年結束飛行任務的三架望遠鏡，即美國航天局的錢德拉X射線天文臺、歐洲航天局的XMM牛頓望遠鏡和飛鳥，被用於數據整合。

研究人員通過分析巨大的X射線輻射和每個星系團內部的熱氣體來測量每個星系團的溫度。他們利用這些溫度數據來估計每個星系團的內在X射線亮度，而沒有考慮一些宇宙變量，如宇宙膨脹率等。

然後，研究人員使用不同的方法來計算每個星團的X射線亮度，其中一個確實使用了宇宙膨脹的知識。通過這種方式，研究人員獲得了整個夜晚的表觀膨脹率空，並且他們發現這些膨脹率並不匹配所有的區域。

「我們已經成功地發現了一個似乎比宇宙其他部分擴張得更慢的區域，而另一個似乎擴張得更快！」米格卡斯在他的博客中寫道，「有趣的是，其他計算方法的結果與我們的研究結果是一致的，除了我們通過一個更可信和更廣泛的方法成功地識別了夜晚空的『各向異性』。」

根據康斯坦丁諾斯·米格卡斯和他的同事在一項新的研究中做出的估計，這張地圖顯示了宇宙在不同方向的膨脹速度。

這是一張銀河坐標圖，其中心面向我們銀河系的中心。黑色和紫色表示最低膨脹率的方向(哈勃常數)；黃色和紅色表示最高膨脹率的方向。(資料來源:波恩大學/K . Miggas等人)

這個結果可能指向一個相對缺乏想像力的解釋。例如，異常區域的星系團可能會被其他星系團所吸引，從而產生看似不同的膨脹率的錯覺。

研究人員還說，我們可以在宇宙中較小的空尺度上看到這種效應。與此同時，他們補充道，新的研究還觀察到了50億光年以外的星團，並且不清楚重力是否能在如此長的距離內克服膨脹力。

假設觀察到的宇宙膨脹速率的差異是真實的，它將向我們展示一些關於宇宙如何工作的新的、有趣的和啟發性的細節。例如，也許暗物質本身在宇宙中的不同位置是非常不同的。

波恩大學的研究參與者託馬斯·雷·普裡契說:「如果我們發現的暗物質在宇宙的不同位置有不同的作用力，它將會非常引人注目。當然，我們仍然需要更多的證據來反駁其他解釋，讓我們的立場更有說服力。」

最新的研究發表在2020年4月的《天文學和天體物理學》雜誌上。你可以通過預先發布arXiv免費閱讀。

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觀察發現，宇宙正以加速的速度膨脹，這與遠離觀察者的遙遠星系的速度相同，並且這個速度隨著時間繼續增加。

宇宙加速膨脹是在1998年由兩個不同的研究項目「超新星宇宙學」和「高Z超新星研究小組」發現的。他們都用遙遠的拉型超新星作為觀察對象，觀察宇宙的加速膨脹。選擇這個觀測對象是因為拉型超新星具有幾乎恆定的內在亮度(就像一根安靜的蠟燭)。此外，由於觀測到的亮度隨著超新星和我們之間距離的增加而逐漸降低，我們可以通過觀測這些超新星的亮度來預測距離。這個距離可以用來比較超新星的宇宙學紅移，這可以觀察超新星誕生後宇宙膨脹的程度。