Devasa bir boşluk evreni bölüyor mu?

Kozmologlar “Hubble gerilimine” çözüm olarak dev bir uzay boşluğu önererek geleneksel modellere meydan okuyor ve Einstein’ın kütleçekim teorisinin revizyonunu öneriyor.

Kozmolojideki en büyük gizemlerden biri evrenin genişleme hızıdır. Bu, aynı zamanda Kozmolojinin Standart Modeli kullanılarak tahmin edilebilir. Lambda soğuk karanlık madde (ΛCDM). Bu model, artık ışığın ayrıntılı gözlemlerine dayanmaktadır. büyük patlama – Kozmik mikrodalga arka planı olarak adlandırılan (SPK).

Evrenin genişlemesi galaksilerin birbirlerinden uzaklaşmasına neden olur. Bizden ne kadar uzaklaşırlarsa o kadar hızlı hareket ederler. Galaktik hız ve mesafe arasındaki ilişki, megaparsek (astronomide uzunluk birimi) başına saniyede yaklaşık 43 mil (70 km) olan “Hubble sabiti” tarafından yönetilir. Bu, galaksinin Saatte yaklaşık 50.000 mil kazanırsınız Bizden uzaktaki her milyon ışıkyılı için.

Ne yazık ki Standart Model için bu değer son zamanlarda tartışılıyor ve bu da bilim adamlarının “Hubble gerilimi.” Genişleme oranını yakındaki galaksileri ve süpernovaları (patlayan yıldızlar) kullanarak ölçtüğümüzde, CMB’ye dayanarak tahmin ettiğimizden %10 daha fazladır.

Devasa boşluğun ve onu çevreleyen iplerin ve duvarların sanatsal tasviri. Kredi bilgileri: Pablo Carlos Budasi

bizim Yeni kağıtOlası bir açıklama sunuyoruz: devasa bir uzay boşluğunda (ortalamanın altında yoğunlukta bir bölge) yaşıyoruz. Bunun, boşluktan gelen madde akışlarıyla yerel ölçümlerin güçlendirilmesine yol açabileceğini gösterdik. Bir vakumu çevreleyen daha yoğun bölgeler onu birbirinden ayırdığında, vakum içindeki düşük yoğunluklu maddeye göre daha büyük bir çekim kuvveti uyguladığında dışarı akışlar ortaya çıkabilir.

Bu senaryoda, yarıçapı yaklaşık bir milyar ışıkyılı olan ve yoğunluğu ortalama evrenin tamamından yaklaşık %20 daha düşük olan, yani tamamen boş olmayan bir vakumun merkezine yakın olmamız gerekir.

Bu kadar büyük ve derin bir boşluk Standart Modelde beklenmeyen bir durumdur ve bu nedenle tartışmalıdır. CMB, yeni oluşan evrenin yapısının anlık bir görüntüsünü veriyor ve bugün maddenin oldukça düzgün bir şekilde dağılmış olması gerektiğini öne sürüyor. Ancak farklı bölgelerdeki galaksilerin sayısı doğrudan hesaplanır. Zaten önerildi Yerel bir boşluğun içindeyiz.

Yer çekimi kanunlarını değiştirmek

Erken dönemlerdeki küçük yoğunluk dalgalanmalarından kaynaklanan büyük bir boşlukta yaşadığımızı varsayarak birkaç farklı kozmolojik gözlemi eşleştirerek bu fikri daha da test etmek istedik.

Bunu yapmak için elimizde modeli ΛCDM’yi içermiyordu ancak değiştirilmiş Newton dinamiği adı verilen alternatif bir teoriyi içeriyordu (Pazartesi).

MOND başlangıçta galaksilerin dönüş hızlarındaki anormallikleri açıklamak için önerildi ve bu da “karanlık madde” adı verilen görünmez bir maddenin varlığının öne sürülmesine yol açtı. MOND, bunun yerine, bu anormalliklerin, galaksilerin dış bölgelerinde olduğu gibi, yerçekimi kuvveti çok zayıf olduğunda bozulan Newton’un yerçekimi yasasıyla açıklanabileceğini öne sürüyor.

MOND’daki genel kozmik genişleme geçmişi Standart Model’e benzer olacak, ancak yapı (galaksi kümeleri gibi) MOND’da daha hızlı büyüyecek. Modelimiz MOND evrenindeki yerel evrenin neye benzeyebileceğini yansıtıyor. Bunun, günümüzün genişleme hızına ilişkin yerel ölçümlerin konumumuza bağlı olarak dalgalanmasına izin vereceğini bulduk.

SPK sıcaklık dalgalanmaları: Yeni oluşan evrenin ayrıntılı, tüm gökyüzünü kapsayan görüntüsü, dokuz yıllık WMAP verilerinden oluşturulmuş olup, 13,77 milyar yıl kadar eski sıcaklık dalgalanmalarını ortaya koymaktadır (renk değişimleriyle gösterilmiştir). Katkıda bulunanlar: NASA/WMAP Bilim Ekibi

Son galaksi gözlemleri, farklı konumlarda tahmin edilen hıza dayalı olarak modelimizin çok önemli yeni bir testine olanak sağladı. Bu, yoğun olsun veya olmasın, belirli bir toptaki malzemenin ortalama hızı olan toplu akış adı verilen şeyin ölçülmesiyle yapılabilir. Bu, topun yarıçapına göre değişir. Son notlar göstermek Devam eder Bir milyar ışıkyılı kadar.

İlginç bir şekilde, bu ölçekteki devasa gökada akışı, Standart Modelde beklenen hızı dört katına çıkardı. Standart Model’in öngördüğünün aksine, söz konusu bölgenin büyüklüğüyle birlikte arttığı da görülüyor. Bunun Standart Model ile tutarlı olma olasılığı milyonda birden azdır.

Bu, toplu akış çalışmamızın neyi öngördüğünü görmemizi sağladı. Çok iyi sonuçlar verdiğini gördük kibrit Notlara. Bu, boşluğun merkezine oldukça yakın olmamızı ve boşluğun merkezinde daha boş olmasını gerektirir.

Dava kapandı?

Sonuçlarımız, Hubble tensörüne yönelik genel çözümlerin sorun yaşadığı bir zamanda geldi. Bazıları sadece daha hassas ölçümlere ihtiyacımız olduğunu düşünüyor. Diğerleri, yerel olarak da ölçtüğümüz yüksek genişleme oranının varsayılmasıyla sorunun çözülebileceğine inanıyor Aslında doğru. Ancak bu, CMB’nin hala doğru görünmesi için erken evrenin genişleme geçmişinde küçük bir ayarlama yapılmasını gerektirir.

Ne yazık ki etkili bir incelemede yedi sorunlar Bu yaklaşımla. Evren, kozmik tarihin büyük çoğunluğu boyunca %10 daha hızlı genişleseydi, aynı zamanda yaklaşık %10 daha genç olurdu; bu da geçerli teoriyle çelişiyor. Yaşlar En eski yıldızlardan biri.

Galaksi popülasyonlarında derin, geniş bir yerel boşluğun varlığı ve gözlemlenen hızlı büyük dışarı akışlar, yapının ΛCDM’de onlarca ila yüz milyonlarca ışıkyılı arasındaki ölçeklerde beklenenden daha hızlı büyüdüğünü kuvvetle göstermektedir.

Bu, evren şu anki yaşı olan 13,8 milyar yılın yarısı kadarken şimdiye kadar görülen en büyük gökada kümesinin Hubble Uzay Teleskobu görüntüsüdür. Küme, kolektif yerçekiminin etkisi altında bir araya gelen birkaç yüz gökada içerir. Yeni Hubble ölçümlerine göre kümenin toplam kütlesinin, Güneşimiz gibi 3 milyon milyar yıldız kadar ağırlığa sahip olduğu tahmin ediliyor (Samanyolu Gökadamızdan yaklaşık 3000 kat daha büyük), ancak kütlenin çoğu gizli. Koyu lapa. Karanlık madde mavi katmanda bulunur. Karanlık madde radyasyon yaymadığı için, Hubble gökbilimcileri bunun yerine, yerçekiminin uzak arka plandaki galaksilerin görüntülerini bir eğlence evi aynası gibi nasıl bozduğunu dikkatlice ölçtüler. Bu onların kütleye ilişkin kapsamlı bir tahminde bulunmalarına olanak sağladı. X-ışını gözlemleri ve kinematik çalışmalar, evrenin var olduğu ilk dönem için olağandışı derecede büyük olduğunu ilk kez gösterdiğinde, kümeye 2012 yılında El Gordo (İspanyolca “şişman olan” anlamına gelir) adı verildi. Hubble verileri, kümenin iki küçük küme arasında şiddetli bir birleşme sürecinden geçtiğini doğruladı. Görüntü kaynağı: NASA, ESA ve J. Jee (Kaliforniya Üniversitesi, Davis)

İlginç bir şekilde El Gordo Üstkümesi’nin (yukarıdaki resme bakın) oluştuğunu biliyoruz. Çok erken Kozmik tarihte Standart Modele sığmayacak kadar yüksek bir kütleye ve çarpışma hızına sahiptir. Bu, bu modelde yapının çok yavaş oluştuğunun bir başka kanıtıdır.

Kütleçekimi bu kadar büyük ölçeklerde baskın kuvvet olduğundan, muhtemelen Einstein’ın kütleçekim teorisini, yani genel göreliliği genişletmemiz gerekiyor – ama yalnızca ölçekler üzerinde. Bir milyon ışık yılından daha büyük.

Bununla birlikte, çok daha büyük ölçeklerde yerçekiminin nasıl davrandığını ölçmenin iyi bir yolu yok, çünkü bu kadar büyük kütleçekimsel olarak bağlı nesneler yok. Genel göreliliğin geçerli kaldığını varsayabilir ve onu gözlemlerle karşılaştırabiliriz, ancak en iyi kozmoloji modelimizin şu anda karşı karşıya olduğu aşırı gerilimlere yol açan şey kesinlikle bu yaklaşımdır.

Einstein’ın, ilk etapta sorunlara yol açan aynı düşünceyle sorunları çözemeyeceğimizi söylediğine inanılıyor. Gerekli değişiklikler radikal olmasa bile, bir asırdan fazla bir süre sonra yerçekimi teorimizi değiştirmemiz gerektiğine dair ilk güvenilir kanıtı görüyor olabiliriz.

St Andrews Üniversitesi Astrofizik Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi Indranil Panik tarafından yazılmıştır.

Orijinal olarak yayınlanan bir makaleden uyarlanmıştır. Konuşma.