Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο Η συζήτηση. Η δημοσίευση συνέβαλε το άρθρο στο Space.com Expert Voices: Op-Ed & Insights.
Ιντρανίλ Μπάνικ είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής στην αστροφυσική στο Πανεπιστήμιο του St. Andrews.
Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια στην κοσμολογία είναι ο ρυθμός με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν. Αυτό μπορεί να προβλεφθεί χρησιμοποιώντας το Τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας, επίσης γνωστή ως Ψυχρή σκοτεινή ύλη λάμδα (ΛCDM). Αυτό το μοντέλο βασίζεται σε λεπτομερείς παρατηρήσεις του φωτός που έμεινε από τη Μεγάλη Έκρηξη – το λεγόμενο κοσμικό φόντο μικροκυμάτων (CMB).
Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται, οι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο. Όσο πιο μακριά είναι από εμάς, τόσο πιο γρήγορα κινούνται. Η σχέση μεταξύ της ταχύτητας και της απόστασης ενός γαλαξία καθορίζεται από τη «σταθερά Hubble», η οποία είναι περίπου 43 μίλια (70 km) ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (μονάδα μήκους σε). αστρονομία). Αυτό σημαίνει ότι είναι ένας γαλαξίας κερδίζει περίπου 50.000 μίλια την ώρα είναι κάθε εκατομμύριο έτη φωτός μακριά μας.
Δυστυχώς, ωστόσο, αυτή η τιμή για το Καθιερωμένο Μοντέλο έχει γίνει πρόσφατα αμφιλεγόμενη, οδηγώντας σε αυτό που αποκαλούν οι επιστήμονες «Τάση Hubble». Αν μετρήσουμε τον ρυθμό διαστολής χρησιμοποιώντας κοντινούς γαλαξίες και Υπερκαινοφανείς (αστέρια που εκρήγνυνται), είναι 10% μεγαλύτερο από ό,τι όταν το προβλέψουμε με βάση το CMB.
Σχετίζεται με: Η διαστολή του σύμπαντος μπορεί να είναι αντικατοπτρισμός, προτείνει μια νέα θεωρητική μελέτη
Στο δικό μας νέο χαρτίπαρουσιάζουμε μια πιθανή εξήγηση: ότι ζούμε σε ένα τεράστιο κενό Χώρος (περιοχή με πυκνότητα κάτω του μέσου όρου). Δείχνουμε ότι αυτό θα μπορούσε να διογκώσει τις τοπικές μετρήσεις λόγω εκροών ύλης από την κοιλότητα. Οι εκροές θα σχηματίζονταν όταν πυκνότερες περιοχές γύρω από μια κοιλότητα την τραβήξουν εκτός – θα ασκούσαν μεγαλύτερη βαρυτική έλξη από τη λιγότερο πυκνή ύλη μέσα στην κοιλότητα.
Σε αυτό το σενάριο, θα πρέπει να βρισκόμαστε κοντά στο κέντρο μιας κοιλότητας με ακτίνα περίπου ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός και πυκνότητα περίπου 20% χαμηλότερη από τον μέσο όρο το σύμπαν ως σύνολο – δηλαδή όχι εντελώς άδειο.
Μια τόσο μεγάλη και βαθιά κοιλότητα είναι απροσδόκητη στο Καθιερωμένο Μοντέλο – και ως εκ τούτου αμφιλεγόμενη. Το CMB παρέχει ένα στιγμιότυπο της δομής στο βρεφικό σύμπαν και προτείνει ότι η ύλη πρέπει να είναι πιο ομοιόμορφα κατανεμημένη σήμερα. Ωστόσο, τα μετράτε απευθείας Αριθμός γαλαξιών σε διαφορετικές περιοχές πράγματι υποδηλώνει αυτό Βρισκόμαστε σε ένα τοπικό κενό.
Αλλαγή των νόμων της βαρύτητας
Θέλαμε να δοκιμάσουμε αυτή την ιδέα περαιτέρω συγκρίνοντας πολλές διαφορετικές κοσμολογικές παρατηρήσεις και υποθέτοντας ότι ζούμε σε ένα μεγάλο κενό που προέκυψε από μια μικρή διακύμανση της πυκνότητας στα πρώτα χρόνια.
Για να γίνει αυτό, μας Μοντέλο δεν περιείχε ΛCDM, αλλά μια εναλλακτική θεωρία που ονομάζεται «Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική» (ΦΕΓΓΑΡΙ).
Το MOND προτάθηκε αρχικά για να εξηγήσει τις ανωμαλίες στην ταχύτητα περιστροφής των γαλαξιών, οδηγώντας στην πρόταση μιας αόρατης ουσίας που ονομάζεται “Σκοτεινή ύλη“. Αντίθετα, ο MOND προτείνει ότι οι ανωμαλίες μπορούν να εξηγηθούν από το νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα καταρρέω όταν η βαρυτική έλξη είναι πολύ ασθενής – όπως συμβαίνει στις εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών.
Η συνολική ιστορία της κοσμικής επέκτασης στο MOND θα είναι παρόμοια με το Καθιερωμένο Μοντέλο, αλλά οι δομές (όπως τα σμήνη γαλαξιών) θα αναπτύσσονταν ταχύτερα στο MOND. Το μοντέλο μας καταγράφει πώς μπορεί να μοιάζει το τοπικό σύμπαν σε ένα σύμπαν MOND. Και διαπιστώσαμε ότι οι τοπικές μετρήσεις του σημερινού ρυθμού επέκτασης θα μπορούσαν να διαφέρουν ανάλογα με την τοποθεσία μας.
Πρόσφατες παρατηρήσεις γαλαξιών παρείχαν μια κρίσιμη νέα δοκιμή του μοντέλου μας με βάση την ταχύτητα που προβλέπει σε διαφορετικές τοποθεσίες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη μέτρηση της λεγόμενης ροής μάζας. Αυτή είναι η μέση ταχύτητα της ύλης σε μια δεδομένη σφαίρα, ανεξάρτητα από το αν είναι πυκνή ή όχι. Αυτό ποικίλλει ανάλογα με την ακτίνα της σφαίρας Τρέχουσες παρατηρήσεις προβολή συνεχίζει έως και ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός.
Είναι ενδιαφέρον ότι η ροή μάζας των γαλαξιών σε αυτήν την κλίμακα είναι τετραπλάσια από την αναμενόμενη ταχύτητα στο Καθιερωμένο Μοντέλο. Φαίνεται επίσης να αυξάνεται με το μέγεθος της υπό εξέταση περιοχής – σε αντίθεση με ό,τι προβλέπει το Καθιερωμένο Μοντέλο. Οι πιθανότητες αυτό να είναι συνεπές με το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι μικρότερες από μία στο εκατομμύριο.
Αυτό μας οδήγησε να δούμε τι προέβλεψε η μελέτη μας για τη μαζική ροή. Βρήκαμε ότι παρέχει αρκετά καλή συμφωνία με τις παρατηρήσεις. Αυτό απαιτεί να είμαστε αρκετά κοντά στο κέντρο του Κενού και ότι το Κενό είναι πιο άδειο στο κέντρο του.
Εκλεισε η υπόθεση?
Τα αποτελέσματά μας προέρχονται από α χρόνος όταν οι δημοφιλείς λύσεις τάσης Hubble αντιμετωπίζουν προβλήματα. Κάποιοι πιστεύουν ότι απλά το χρειαζόμαστε πιο ακριβείς μετρήσεις. Άλλοι πιστεύουν ότι μπορεί να λυθεί υποθέτοντας τον υψηλό ρυθμό επέκτασης που μετράμε τοπικά στην πραγματικότητα το σωστό. Αλλά αυτό απαιτεί μια μικρή προσαρμογή στο ιστορικό επέκτασης στο πρώιμο σύμπαν, έτσι ώστε το CMB να φαίνεται ακόμα σωστό.
Δυστυχώς, μια επιρροή κριτική τονίζει επτά από αυτά προβλήματα με αυτή την προσέγγιση. Εάν το σύμπαν επεκτεινόταν 10% πιο γρήγορα στο μεγαλύτερο μέρος της κοσμικής ιστορίας, θα ήταν επίσης περίπου 10% νεότερο – αντιφατικό Παλαιός των γερόντων αστέρια.
Η ύπαρξη ενός βαθιού και εκτεταμένου τοπικού κενού στις μορφές των γαλαξιών και οι παρατηρούμενες γρήγορες ροές μάζας υποδηλώνουν έντονα ότι η δομή στο ΛCDM αναπτύσσεται ταχύτερα από το αναμενόμενο σε κλίμακες από δεκάδες έως εκατοντάδες εκατομμύρια έτη φωτός.
Είναι ενδιαφέρον ότι γνωρίζουμε ότι είναι ένα τεράστιο σμήνος γαλαξιών Ελ Γκόρντο μορφωμένος πολύ νωρίς στην κοσμική ιστορία και έχει πολύ υψηλή μάζα και ταχύτητα σύγκρουσης για να είναι συμβατή με το Καθιερωμένο Μοντέλο. Αυτό είναι περαιτέρω απόδειξη ότι η δομή σχηματίζεται πολύ αργά σε αυτό το μοντέλο.
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος είναι ένα μυστήριο και το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble φτάνει στο βάθος του
— Πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν; Νέα δεδομένα σουπερνόβα θα μπορούσαν να βοηθήσουν να ρίξει λίγο φως στο θέμα
– Τα «προβλήματα Hubble» θα μπορούσαν να επιδεινωθούν με νέες μετρήσεις της διαστολής του σύμπαντος
Από Βαρύτητα είναι η κυρίαρχη δύναμη σε τόσο μεγάλες κλίμακες, πιθανότατα θα χρειαστεί να επεκταθούμε Αϊνστάινη θεωρία της βαρύτητας, Γενική σχετικότητα – αλλά μόνο στη ζυγαριά μεγαλύτερο από ένα εκατομμύριο έτη φωτός.
Ωστόσο, δεν έχουμε έναν καλό τρόπο να μετρήσουμε τη συμπεριφορά της βαρύτητας σε πολύ μεγαλύτερες κλίμακες – δεν υπάρχουν τόσο μεγάλα βαρυτικά δεσμευμένα αντικείμενα. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι η γενική σχετικότητα εξακολουθεί να ισχύει και να τη συγκρίνουμε με τις παρατηρήσεις, αλλά αυτή ακριβώς η προσέγγιση οδηγεί στις πολύ ισχυρές εντάσεις που αντιμετωπίζει το καλύτερο μοντέλο μας αυτή τη στιγμή κοσμολογία.
Λέγεται ότι ο Αϊνστάιν είπε ότι δεν μπορούμε να λύσουμε προβλήματα με την ίδια νοοτροπία που δημιούργησε τα προβλήματα εξαρχής. Ακόμα κι αν οι απαιτούμενες αλλαγές δεν είναι δραστικές, θα μπορούσαμε να έχουμε τα πρώτα αξιόπιστα στοιχεία εδώ και περισσότερο από έναν αιώνα ότι πρέπει να αλλάξουμε τη θεωρία της βαρύτητας.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από Η συζήτηση με άδεια Creative Commons. διάβασε αυτό πρωτότυπο άρθρο.