Dev Bir Boşluk Evreni Parçalıyor mu?

Kozmologlar, geleneksel modellere meydan okuyarak ve Einstein’ın kütleçekim teorisinin revizyonunu önererek, “Hubble gerilimine” çözüm olarak uzayda devasa bir boşluk öneriyorlar.

Kozmolojideki en büyük gizemlerden biri evrenin genişleme hızıdır. Bu, aynı zamanda kozmolojinin standart modeli kullanılarak tahmin edilebilir. Lambda-soğuk karanlık madde (ΛCDM). Bu model, ışıktan arta kalan ışığın ayrıntılı gözlemlerine dayanmaktadır. Büyük patlama – sözde kozmik mikrodalga arka planı (SPK).

Evrenin genişlemesi galaksilerin birbirlerinden uzaklaşmasına neden olur. Bizden ne kadar uzaklaşırlarsa o kadar hızlı hareket ederler. Bir galaksinin hızı ile uzaklığı arasındaki ilişki, Megaparsek (astronomide bir uzunluk birimi) başına saniyede yaklaşık 43 mil (70 km) olan “Hubble sabiti” tarafından yönetilir. Bu, bir galaksinin olduğu anlamına gelir. saatte yaklaşık 50.000 mil kazanır her milyon ışıkyılı başına bizden uzaktadır.

Ancak 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 göre tahmin ettiğimizden %10 daha fazladır.

Sanatçının Dev Boşluk ve onu çevreleyen iplikçikler ve duvarlar hakkındaki anlayışı. Kredi bilgileri: Pablo Carlos Budassi

bizim yeni kağıtolası bir açıklama sunuyoruz: uzayda devasa bir boşlukta yaşıyoruz (ortalamanın altında yoğunluğa sahip bir alan). Bunun, boşluktan madde çıkışı yoluyla yerel ölçümleri şişirebileceğini gösterdik. Bir boşluğu çevreleyen daha yoğun bölgeler onu birbirinden ayırdığında dışarı akışlar ortaya çıkar; boşluğun içindeki düşük yoğunluklu maddeye göre daha büyük bir yer çekimi kuvveti uygularlar.

Bu senaryoda, yarıçapı yaklaşık bir milyar ışıkyılı olan ve yoğunluğu bir bütün olarak evrenin ortalamasının yaklaşık %20 altında olan bir boşluğun merkezine yakın olmamız gerekir; yani tamamen boş değiliz.

Standart modelde bu kadar büyük ve derin bir boşluk beklenmiyor ve bu nedenle tartışmalı. CMB, başlangıç ​​halindeki evrendeki yapının anlık görüntüsünü veriyor ve maddenin bugün oldukça düzgün bir şekilde dağılmış olması gerektiğini öne sürüyor. Ancak farklı bölgelerdeki galaksilerin sayısını doğrudan saymak gerçekten öneriyor yerel bir boşluk içindeyiz.

Yerçekimi yasalarını değiştirmek

İlk zamanlarda küçük bir yoğunluk dalgalanmasından kaynaklanan büyük bir boşlukta yaşadığımızı varsayarak birçok farklı kozmolojik gözlemi eşleştirerek bu fikri daha da test etmek istedik.

Bunu yapmak için bizim modeli ΛCDM’yi içermedi ancak Değiştirilmiş Newton Dinamiği adı verilen alternatif bir teori (PAZARTESİ).

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

MOND’daki genel kozmik genişleme geçmişi standart modele benzer olacaktır, ancak yapı (galaksi kümeleri gibi) MOND’da daha hızlı büyüyecektir. Modelimiz, yerel evrenin bir MOND evreninde nasıl görünebileceğini yakalıyor. Ve bunun, bugünkü genişleme hızının yerel ölçümlerinin konumumuza bağlı olarak dalgalanmasına izin vereceğini gördük.

SPK sıcaklık dalgalanmaları: Dokuz yıllık WMAP verilerinden oluşturulan bebek evrenin ayrıntılı, tüm gökyüzü resmi, 13,77 milyar yıllık sıcaklık dalgalanmalarını (renk farklılıkları olarak gösterilmiştir) ortaya koymaktadır. 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 ya da olmasın, belirli bir küredeki maddenin ortalama hızı olan toplu akış adı verilen bir şeyin ölçülmesiyle yapılabilir. Bu, kürenin yarıçapına göre değişir. son gözlemler gösteriliyor Devam eder bir milyar ışık yılına kadar.

İlginç bir şekilde, bu ölçekte galaksilerin toplu akışı, standart modelde beklenen hızın dört katıdır. Aynı zamanda, standart modelin öngördüğünün aksine, dikkate alınan bölgenin boyutuyla birlikte artıyor gibi görünüyor. Bunun standart modelle tutarlı olma ihtimali milyonda birin altındadır.

Bu, çalışmamızın toplu akış için ne öngördüğünü görmemizi sağladı. Oldukça iyi sonuçlar verdiğini gördük kibrit gözlemlere. Bu, boşluğun merkezine oldukça yakın olmamızı ve boşluğun merkezde en boş olmasını gerektirir.

Dava kapandı?

Sonuçlarımız, Hubble gerilimine yönelik popüler çözümlerin sıkıntıda olduğu bir zamanda geldi. Bazıları sadece daha hassas ölçümlere ihtiyacımız olduğuna inanıyor. Diğerleri, yerel olarak ölçtüğümüz yüksek genişleme oranının şu şekilde olduğunu varsayarak sorunun çözülebileceğini düşünüyor: aslında doğru olanı. Ancak bu, erken evrendeki genişleme geçmişinde hafif bir değişiklik yapılmasını gerektiriyor, böylece CMB hala doğru görünüyor.

Ne yazık ki, etkili bir inceleme yedi konuyu öne çıkarıyor: sorunlar bu yaklaşımla. Evren, kozmik tarihin büyük çoğunluğu boyunca %10 daha hızlı genişleseydi, aynı zamanda yaklaşık %10 daha genç olurdu. yaşlar en eski yıldızlardan.

Galaksi sayımlarında derin ve geniş bir yerel boşluğun varlığı ve gözlenen hızlı toplu akışlar, yapının ΛCDM’de onlarca ila yüz milyonlarca ışıkyılı ölçeklerde beklenenden daha hızlı büyüdüğünü kuvvetle önerir.

Bu, evrenin şu anki 13,8 milyar yıllık yaşının sadece yarısı kadar olduğu dönemde var olduğu görülen en büyük gökada kümesinin Hubble Uzay Teleskobu görüntüsüdür. Küme, kolektif çekim kuvveti altında kaynaşan birkaç yüz gökada içerir. Yeni Hubble ölçümlerine göre kümenin toplam kütlesinin, Güneşimiz gibi 3 milyon milyar yıldız kadar ağırlığa sahip olduğu tahmin ediliyor (kendi Samanyolu galaksimizden yaklaşık 3.000 kat daha büyük), ancak kütlenin çoğu gizlenmiş durumda. karanlık madde olarak. Karanlık maddenin konumu mavi katmanda gösterilmiştir. Karanlık madde herhangi bir radyasyon yaymadığı için Hubble gökbilimcileri bunun yerine karanlık maddenin yerçekiminin uzak arka plandaki galaksilerin görüntülerini bir eğlence evi aynası gibi nasıl çarpıttığını kesin olarak ölçüyorlar. Bu onların küme için kitlesel bir tahmin yapmalarına olanak sağladı. X-ışını gözlemleri ve kinematik çalışmalar, onun var olduğu erken dönem evreninde alışılmadık derecede büyük olduğunu ilk kez öne sürdüğünde, kümeye El Gordo (İspanyolca’da “şişman olan” anlamına gelir) adı verildi. Hubble verileri, kümenin iki küçük küme arasında şiddetli bir birleşme sürecinden geçtiğini doğruladı. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA ve J. Jee (Kaliforniya Üniversitesi, Davis)

İlginç bir şekilde, devasa gökada kümesi El Gordo’nun (yukarıdaki resme bakın) oluştuğunu biliyoruz. çok erken kozmik tarihte yer alan ve standart modelle uyumlu olamayacak kadar yüksek bir kütleye ve çarpışma hızına sahip. Bu, bu modelde yapının çok yavaş oluştuğunun bir başka kanıtıdır.

Kütleçekimi bu kadar büyük ölçeklerde baskın kuvvet olduğundan, büyük olasılıkla Einstein’ın kütleçekim teorisini, Genel Görelilik’i genişletmemiz gerekiyor; ancak yalnızca ölçeklerde. bir milyon ışık yılından daha büyük.

Ancak yerçekiminin çok daha büyük ölçeklerde nasıl davrandığını ölçmenin iyi bir yolu yok; bu kadar büyük kütleçekimsel olarak bağlı nesneler yok. Genel Göreliliğin geçerli kaldığını varsayabiliriz ve gözlemlerle karşılaştırabiliriz, ancak en iyi kozmoloji modelimizin şu anda karşı karşıya olduğu çok ciddi gerilimlere yol açan şey kesinlikle bu yaklaşımdır.

Einstein’ın, ilk etapta sorunlara yol açan düşünce yapısıyla sorunları çözemeyeceğimizi söylediği düşünülüyor. Gerekli değişiklikler çok büyük olmasa bile, bir asırdan fazla bir süredir yerçekimi teorimizi değiştirmemiz gerektiğine dair ilk güvenilir kanıta tanık olabiliriz.

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

Orijinal olarak yayınlanan bir makaleden uyarlanmıştır. Konuşma.