Universul la scară mare este anizotrop, sugerează un studiu recent
Observațiile astronomice bazate pe radiaţia X emisă de sute de clustere galactice sugerează că Universul ar putea fi diferit în funcție de direcţia în care este observat.
„Unul dintre pilonii cosmologiei actuale este acela că Universul este izotrop, adică arată la fel în toate direcțiile. Lucrările noastre sugerează însă că ar putea exista fisuri în acest pilon”, a spus Dr. Konstantinos Migkas, astronom la Universitatea din Bonn.
Astronomii sunt, în general, de acord că, după Big Bang, Universul s-a extins continuu.
O analogie obișnuită este aceea ca expansiunea Universului poate fi asemuita cu coacerea unei pâini cu stafide. În timp ce pâinea se coace, stafidele (care reprezintă obiecte cosmice, cum ar fi galaxiile și grupurile de galaxii) se îndepărtează unele de altele pe măsură ce întreaga pâine (reprezentând spațiul) se extinde.
În cazul unui amestec omogen, expansiunea ar trebui să fie uniformă în toate direcțiile, ceea ce implică un Univers izotrop. Cu toate acestea, noile rezultate nu se potrivesc cu această ipoteză.
„Pe baza observațiilor asupra clusterelor galactice, am observat diferențe privind viteza de expansiune a Universului în funcție de modul cum îl privim.
Acest lucru contrazice una dintre cele mai elementare presupuneri pe care le folosim în cosmologia actuală”, a declarat Dr. Gerrit Schellenberger, astronom în cadrul Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics.
Această hartă a cerului arată 4 dintre sutele de grupuri de galaxii care au fost analizate pentru a testa dacă Universul la scară mare este identic în orice direcție ar fi privit. Credit: NASA/CXC/Universitatea din Bonn, K. Migkas, M. Weiss.
De-a lungul timpului astronomii au efectuat mai multe teste privind caracterul izotrop al Universului Acestea au inclus observații optice ale exploziilor stelare și studii în infraroșu asupra galaxiilor.
Unele dintre aceste studii anterioare au sugerat posibile dovezi că Universul nu este izotrop, iar altele au indicat contrariul.
Ultimul test folosește o nouă tehnică, independentă, care valorifică relația dintre temperatura gazului fierbinte care pătrunde într-un cluster galactic și cantitatea de raze X pe care le produce, cunoscută sub numele de luminozitatea clusterului în raze X. Cu cât temperatura gazului este mai ridicată într-un cluster galactic, cu atât este mai mare luminozitatea clusterului în raze X.
Odată măsurată temperatura gazului din cluster, luminozitatea razelor X poate fi estimată. Această metodă este independentă de mărimile cosmologice, inclusiv viteza de expansiune a Universului.
Odată ce au estimat luminozitățile clusterelor cu ajutorul razelor X folosind această tehnică, Dr. Migkas, Dr. Schellenberger și colegii lor au calculat luminozitățile folosind o metodă diferită care depinde de anumite mărimi cosmologice, inclusiv viteza de expansiune a Universului.
Astronomii au folosit un eșantion de 313 clustere galactice pentru analiza lor, conținând 237 de grupuri galactice observate de Observatorul de raze X Chandra al NASA cu un total de 191 zile de expunere și 76 grupuri galactice observate de sondele spațiale XMM-Newton ale ESA, cu un total de 35 de zile de expunere.
Astronomii au utilizat aceste grupuri de galaxii cu alte două mari eşantioane galactice observate în domeniul radiaţiei X cu ajutorul XMM-Newton și Japan-US Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics (ASCA), ceea ce a condus la un total de 842 de grupuri galactice diferite.
Pe baza acestora, cercetătorii au dedus vitezele de expansiune aparente, care au dezvăluit că Universul pare să se îndepărteze de noi mai repede în unele direcții în comparaţie cu altele.
De asemenea, cercetătorii au comparat rezultatele lor cu rezultatele altor studii care au obţinut indicii privind anizotropia Universului la scară mare folosind diferite tehnici. Ei au constatat un acord cu privire la direcția celei mai mici viteze de expansiune.
Oamenii de știință au prezentat două explicații posibile pentru rezultatele lor care implică aspecte cosmologice.
Una dintre aceste explicații este aceea că grupurile mari de clustere galactice s-ar putea deplasa împreună, dar nu ca urmare a expansiunii cosmice. De exemplu, este posibil ca unele clustere din apropiere să fie trase în aceeași direcție de gravitaţia altor grupuri de galaxii. Dacă mișcarea este suficient de rapidă, aceasta ar putea duce la erori în estimarea luminozității clusterelor. Aceste mișcări corelate ar da aspectul unor rate de expansiune diferite în direcții diferite.
Astronomii au observat efecte similare în cazul galaxiilor relativ apropiate, aflate la distanțe de obicei mai mici de 850 de milioane de ani-lumină, despre care se știe că atracția gravitațională reciprocă controlează mișcarea obiectelor.
Cu toate acestea, autorii studiului se așteptau ca expansiunea Universului să domine mișcarea clusterelor galactice pe distanțe mai mari, de până la 5 miliarde de ani-lumină conform acestui studiu.
O a doua posibilă explicație este aceea că Universul nu este de fapt izotrop.
Un motiv interesant ar putea fi faptul că energia întunecată, forța misterioasă care pare să conducă la accelerarea expansiunii Universului, nu este ea însăși uniformă.
Cu alte cuvinte, radiaţia X poate dezvălui că energia întunecată este mai puternică în unele părți ale Universului decât în altele, determinând viteze diferite de expansiune.
„Acest lucru ar fi ca și cum drojdia din pâine nu este amestecată uniform, ceea ce o face să se extindă mai repede în unele locuri decât în altele.
Ar fi remarcabil dacă s-ar descoperi că energia întunecată are intensităţi diferite în diferite părți ale Universului. Cu toate acestea, sunt necesare mult mai multe dovezi pentru a exclude alte explicații și pentru a avea un caz convingător”, a declarat Dr. Thomas Reiprich, astronom în cadrul Universităţii din Bonn.
Oricare dintre aceste două explicații are consecințe cosmologice semnificative.
Multe studii din cosmologie, inclusiv studii în domeniul radiaţiei X asupra grupurilor de galaxii, presupun că Universul este izotrop și că mișcările corelate sunt neglijabile în comparație cu expansiunea cosmică la distanțele analizate în studiul de față.
Sursă: Sci-News