我們生活在一個不平衡的宇宙中嗎?

一項關于星系團的新研究表明，宇宙可能在各個方向上都不相同。如果你的生活有時似乎沒有方向，你可能會理所當然地責怪宇宙。但有研究表明宇宙實際上是“各向異性”的——某些區(qū)域的膨脹速度比其他區(qū)域快。向那些為個人不幸尋找宇宙借口的人道歉，也許宇宙并不是那么沒有方向。

? 星系團由熾熱的氣體發(fā)出x射線(圖中紫色部分)。對天空中這些星團的觀測揭示了宇宙結(jié)構(gòu)中可能存在的奇怪異?，F(xiàn)象。

一項關于星系團的新研究表明，宇宙在各個方向上可能都不一樣。如果你的生活有時似乎沒有方向，你可以合理地責怪宇宙。: ）

根據(jù)現(xiàn)代物理學的關鍵原理，宇宙在數(shù)十億光年的尺度上是各向同性的，這意味著它在每個方向上都應該有相同的外觀和行為。自從140億年前的大爆炸以來，宇宙應該在每個方向都以同樣的方式膨脹。這個預期與天文學家在觀測宇宙大爆炸的均勻余輝宇宙微波背景時所看到的一致。

然而最近通過x射線對天空中星系團距離的調(diào)查表明，有些星系團比各向同性所預測的要近或遠得多。這一發(fā)現(xiàn)可能是一個信號，表明宇宙在某些區(qū)域的膨脹速度實際上是各向異性的。向那些為個人的不幸尋找宇宙借口的人道歉，也許宇宙畢竟不是那么沒有方向感，哈哈。

由德國波恩大學的天文學家康斯坦丁諾斯.米卡斯領導的一個國際研究小組提供了各向異性的可能證據(jù),這些證據(jù)來源于美國宇航局(NASA)錢德拉x射線天文臺、歐洲航天局“xmm -牛頓”衛(wèi)星、日本“宇宙學和天體物理學高級衛(wèi)星”等觀測到的850多個星系團的新資料或記錄資料。

? 這項研究發(fā)表在4月份的《天文學與天體物理學》雜志上，它把每個星團都比作燈塔，通過每個星團的亮度或亮度來測量它們的距離。

通過測量彌漫在特定星系團中的高溫稀薄氣體所發(fā)射的x射線的種類和數(shù)量，研究小組可以確定氣體的溫度。這樣一來，研究人員就可以估算出星團的x射線光度，從而估算出它的距離。接下來，他們通過一種獨立的技術計算了每個星團的亮度，這種技術部分依賴于預先存在的宇宙膨脹率。

通過比較兩個獨立星團的亮度值，米卡斯和他的同事可以探測整個天空中宇宙膨脹速度的潛在偏差，揭示出兩個星團比預期亮30%或暗30%(因此可能更近或更遠)的區(qū)域。

米卡斯說：“我們努力確定了一個區(qū)域似乎比宇宙的其他區(qū)域擴張得更慢，另一個區(qū)域似乎擴張得更快。有許多關于光學超新星和紅外星系的研究，它們也探測到了朝向相同方向的類似的各向異性。 也有許多研究使用類似的數(shù)據(jù)集，但沒有顯示任何各向異性!因此，情況仍然是模糊的。我們不主張知道各向異性的起源，只主張它們確實存在”。

根據(jù)對數(shù)百個星系團的x射線調(diào)查，全天地圖顯示了可能是宇宙的不平衡膨脹。橙黃色表示增長速度快于預期。紫黑色表示擴張速度比預期要慢。

驚人的，令人沮喪的各向異性

一個各向異性的宇宙將動搖物理學的支柱，要求對當前關于宇宙演化的理論進行重大的修正。

如果宇宙的增長確實在不同的方向上是不同的，這就給宇宙學的一個假設帶來了全新的挑戰(zhàn)，即在足夠大的空間范圍內(nèi)膨脹的同質(zhì)性，密歇根州立大學的天體物理學家梅根·多納休這樣說，她并沒有參與這項研究。她補充說，不平衡的擴張將是驚人和令人沮喪的，因為這表明我們對宇宙大尺度結(jié)構(gòu)和演化的理解一直存在明顯的缺陷。

為了解釋這種現(xiàn)象，并將其與宇宙微波背景輻射中近乎完美的各向同性相調(diào)和，宇宙學家們可能要轉(zhuǎn)向暗能量——一種推動宇宙加速增長的神秘力量。

也許，在宇宙微波背景(CMB)所描繪的宇宙早期和過去幾十億年的晚期之間的某個時期，暗能量效應在宇宙的某些特定區(qū)域變得更強，造成了不平衡的膨脹。

“如果發(fā)現(xiàn)暗能量在宇宙的不同部分具有不同的強度，那將是非常了不起的，”波恩大學的聯(lián)合研究者托馬斯。賴普里希在最近的一份聲明中說。然而，還需要更多的證據(jù)來排除其他解釋，并提出一個令人信服的理由。

宇宙的盲點

當然，最明顯的解釋是，星團間距的明顯不對稱是由于數(shù)據(jù)或分析的缺陷。

然而，這種情況仍然需要科學家們更好的理解錯誤是如何混入他們對宇宙最佳距離估算的。

約翰霍普金斯大學的天文學家亞當·里斯說，利用星團作為宇宙學探測的研究得出了古怪結(jié)果，他引用了其他研究人員最近的分析，強調(diào)了基于星團的研究和其他測量技術之間的不一致。里斯與米卡斯的團隊沒有任何關系。

這種不一致性表明，星系團x射線溫度和光度之間的相關性并不像研究人員希望的那樣清晰。

此外，里斯說，就在銀河系，還有其他潛在的問題需要處理:即，我們星系充滿氣體和塵埃的圓盤，以各種令人煩惱的方式干擾了天文學家對更廣闊宇宙的看法。他說，米卡斯和他的同事確定的宇宙各向異性最明顯的區(qū)域，與銀河系吸收x射線的氣體和塵埃最厚的地方接壤，這可能不是巧合。

里斯補充說，他們聲稱宇宙的奇怪方向正好在我們的盲點上。這聽起來很可疑!

普林斯頓大學和紐約福萊特研究所的宇宙學家大衛(wèi)?斯珀格爾也懷疑，基于星團的測量方法存在錯誤，部分原因是許多其他技術提供的結(jié)果根本相互矛盾。

他表示，如果這篇論文是正確，那么它非常重要，但不太可能是正確?；谟钪嫖⒉ū尘昂痛蟪叨冉Y(jié)構(gòu)的觀測，我們對各向異性有更多更精確的測試。

這些觀察結(jié)果更簡單、更清晰，并以多種不同的方式重現(xiàn)。

他說，這項新研究提出的各向異性尺度將導致宇宙微波背景的波動，其亮度是天文學家觀測到的亮度的1000倍。

盡管如此，米卡斯和他的同事們認為，決定性地反對或支持不平衡的宇宙需要對大規(guī)模宇宙結(jié)構(gòu)進行更多、更全面的探索。

他們現(xiàn)在正在宇宙微波背景圖中尋找星系團各向異性的進一步線索，并試圖用互補的紅外觀測來驗證他們基于x射線的星系團研究。

最終的結(jié)論可能來自于新的太空望遠鏡，如德國和俄羅斯的x射線天文臺eROSITA，或歐洲航天局即將進行的歐幾里德任務，該任務將對整個天空的星團進行更深入和更廣泛的調(diào)查。

米卡斯說:“總的來說，考慮到這對標準宇宙學的巨大意義，我們認為應該有越來越多的人研究宇宙的各向同性，尋找新的方法和工具來做這件事?！比绻覀兡芤粍谟酪莸刂劳砥谟钪媸欠窬哂懈飨蛲?，那就太好了。

BY: Lee Billings

FY: 生命動力

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