宇宙就像一個凹凸不平的氣球一樣膨脹著
2020-07-29 天文在線中文簡介： 宇宙的膨脹到處都一樣嗎？新的研究表明事實並非如此，這可能會對我們對宇宙的理解產生巨大影響。
這幅圖展示了銀河系星團的X射線團簇：NASA/CXC/Univ. of Bonn/K. Migkas et al.
宇宙的額膨脹是否具有各向同性？新的研究發現可能會給出否定的答案——該研究結果可能會極大地改變我們對宇宙的認知。
一組由德國波恩大學的Konstantinos Migkas領導的科學家研究分析了來自銀河系星團數百個X射線源的數據，結果發現宇宙不同區域的膨脹情況似乎有所不同。該結論似乎印證了過去一些看似反常的研究成果。雖然現在還不是推翻現代宇宙學的時候，但科學家們已經在考慮是否將會出現範式轉變/宇宙學基本理論是否將面臨改變。（後面一種譯法可能更通俗）
這無疑是一個激動人心的結論，它可能對未來的研究產生深遠的影響。Migkas在一封郵件中告訴天文在線網站。「它可能引發人們對宇宙學的反思」。不過在那之前，我們必須得排除除此之外任何可能存在的原因。
各種現代理論在闡述宇宙時，都會把大尺度上的各向同性——或者說各方向同一，作為一個最基本的假設。這意味著，除非物體之間有任何更具體的相互作用，無論你在哪裡，先天的物理屬性，如宇宙膨脹的速度，在任何地方都是一樣的。
由於該理論在現代宇宙學中的極端重要性，科學家們已經通過很多方式去驗證過它。例如，天文學家所能觀測到的最遙遠的輻射的溫度有著驚人的均勻性，儘管也存在一些輕微的不均勻，稱為各向異性。對一種被用作測距標準燭光的超新星的觀測揭示了一個均勻的宇宙和一個稍微不均勻的宇宙，這似乎取決於樣本中包含哪些超新星。科學家們已經用各種各樣的探測器進行了大量的其他觀察，觀察來自遙遠星系的可見光和紅外輻射，伽馬射線爆發，或遙遠的射電源，同樣得到了不同的結果。
這些科學家比較了不同銀河系星團X射線發射產生的光度和溫度。這些數值，以及紅移，或者說輻射的顏色被宇宙膨脹的速度改變了多少，都是可以測量的，不需要依賴於對宇宙屬性的假設。他們可以測量這些屬性，然後計算宇宙需要具備具體哪些屬性才能產生我們用望遠鏡看到的結果。
該研究的數據來源於大量X射線望遠鏡的觀測結果，其中包括倫琴衛星，XMM-牛頓衛星（原名多鏡片X射線觀測衛星），錢德拉X射線天文望遠鏡，他們共計觀測了散布於天空中的313個銀河系星系團。在對觀測結果進行分析的時候，他們發現宇宙膨脹速度在不同方向上存在細微的差別。簡單的說，想像銀河系像一個不斷膨脹的錶盤，十二點和六點的膨脹速度快於預期，而同時三點和九點的膨脹速度要慢於預期。儘管從一個具有各向同性(又稱均勻性)的宇宙來看，每個區域上的差異並沒有那麼大，但總體來看，這種差異不太可能僅僅是由於偶然因素造成的。
Migkas告訴天文在線網站，研究團隊還尚未準備公布宇宙膨脹的各向異性。或許未被發現的氣體和塵埃雲吸收了一些x射線，使得一些星團看起來比塵埃雲更暗淡。也許某些星系團正因為與宇宙膨脹無關的原因而一同運動。研究團隊計劃改進他們的觀測方法，比如採用與之前不同波長的光線進行觀測。
沒有參與這項研究的牛津大學的蘇比爾·薩卡爾教授，向天文在線說到：該研究結果本身是一個有趣的與預期的偏離，但當它與分析遙遠的輻射星系，近紅外星系和遙遠的超新星所得到的結果相結合時，就變得更令人信服。看看這些觀測數據吧，也許宇宙真的就存在各向異性呢。然而，他警告說，這種結果可能對數據統計分析的變化或觀察到的星系團的變化很敏感。
與此同時，哈佛史密森天體物理中心高能天體物理部門的副參事Alexey Vikhlinin在推特上說，他「願意打賭」這篇論文是「垃圾科學」。他在一封電子郵件中告訴天文在線，根據光度選擇宇宙物體，就像在這個樣本中所做的那樣，引入了一種眾所周知的偏差，即樣本比總體更亮。他說，這篇論文沒有正確地糾正這種偏差，而且可能也受到了其他選擇偏差的影響。
所以，宇宙的膨脹究竟均不均勻？目前，各向同性宇宙扔是一種主要假設，天文學家仍在努力證明或推翻這一假設。如果宇宙真的具有各向異性，那一些佔據統治地位的理論就將面臨修改。但通常來說，在確定答案之前，我們還需要更多的觀察。
作者: Ryan F. Mandelbaum
FY: 瓶子
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