Dev bir boşlukta mı yaşıyoruz? Araştırmalar bunun evrenin genişlemesi bulmacasını çözebileceğini öne sürüyor

Kozmolojideki en büyük gizemlerden biri evrenin genişleme hızıdır. Bu, aynı zamanda kozmolojinin standart modeli kullanılarak tahmin edilebilir. Lambda-soğuk karanlık madde (ΛCDM). Bu model, Büyük Patlama’dan kalan, kozmik mikrodalga arka planı (CMB) olarak adlandırılan ışığın ayrıntılı gözlemlerine dayanmaktadır.

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 bizden uzakta olduğu her milyon ışıkyılı için saatte yaklaşık 50.000 mil kazandığı anlamına gelir.

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.

bizim yeni kağıt ‘da yayınlandı Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleriolası 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 çekim 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.

Bu kadar büyük ve derin bir boşluk standart modelde beklenmeyen bir durumdur ve bu nedenle tartışmalıdır. 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 (MOND) adı verilen alternatif bir teoriyi içeriyordu.

MOND başlangıçta galaksilerin dönüş hızlarındaki anormallikleri açıklamak için önerildi ve bu da “karanlık madde” adı verilen görünmez bir maddenin varlığına 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.

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.

İlginçtir ki, devasa gökada kümesinin El Gordo oluşturulan 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.

Kütleçekim bu kadar büyük ölçeklerde baskın kuvvet olduğundan, büyük olasılıkla Einstein’ın kütleçekim teorisini, yani genel göreliliği 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 şiddetli 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.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.