新的研究證據表明宇宙在各方向上膨脹速率不同

2020-04-08 蛋蛋說科學

宇宙學有一個基本思想是這樣描述的:如果你觀察的足夠遠的距離,所有的東西在各個方向上看起來都是一樣的,然而,利用美國宇航局錢德拉X射線天文臺和歐空局XMM牛頓的數據進行新的研究發現並非如此。


新的研究證據表明宇宙在各方向上膨脹速率不同


天文學家利用軌道觀測站的X射線望遠鏡,研究了數百個星系團數據,包括它們的結構,以及它們在整個宇宙中表觀性質的差異。

這項研究的科學家說:「宇宙學的支柱之一,宇宙是『各向同性的』,這意味著在各個方向上都是一樣的。然而,我們的工作表明,那根柱子上存在裂縫。」

天文學家普遍認為,大爆炸之後,宇宙不斷膨脹。最常見的比喻是宇宙就像不斷吹起來的氣球,而天體就像氣球上的點,隨著氣球不斷變大,各點之間的距離不斷拉長。而我看來,這更像烤制葡萄乾麵包,當麵包烘烤時,葡萄乾(代表星系和星系團等宇宙天體)都會隨著整個麵包(代表宇宙空間)的膨脹而彼此遠離。在均勻混合的情況下,膨脹應在所有方向上都是均勻的,這樣也更符合宇宙的各項向同性原理。

然而,新的研究結果讓我腦海中本已清晰的宇宙變的模糊起來。

此前,科學家就曾多次對宇宙各個方向的膨脹速度進行了測試。結果也是相差甚遠,有些測試間接勉強的證明宇宙膨脹各向速度不同,然而,有些則無法證明這一理論。

最近這項新的測試使用了更加強大且新穎獨特的技術。它利用瀰漫在星系團中熱氣體的溫度與其產生的X射線量之間的關係,即星系團的X射線亮度。團簇中氣體的溫度越高,X射線的亮度就越高。一旦測量了團簇氣體的溫度,就可以估算X射線的光度。這種方法與宇宙的膨脹速度無關。同時,他們會用另一種與宇宙膨脹速度相關的方法來計算光度,然後進行研究。其結果便是宇宙各向膨脹速度不同。

另外,這項研究結果還與其他研究團隊採用的不同技術方法計算的結果進行了對比,它們也僅在宇宙最低膨脹率結論上達成一致。

對於這項研究結果,科學家還給出了兩種可能的解釋。其中一個解釋是,較大星系團同時同向移動,不受宇宙膨脹影響。例如,附近的一些星系團有可能被其他星系團的引力拉向同一方向。如果運動足夠快,可能會導致估計星團亮度的錯誤。

這些相互關聯的運動會在不同方向上產生不同的膨脹率。天文學家已經看到了與相對較近的星系類似的效應,它們的距離通常不到8.5億光年,在那裡,星系團運動主要受萬有引力作用。

第二種可能的解釋是宇宙膨脹在各個方向上本就不相同。其原因現在還不得而知,據猜測有可能是因暗能量不均勻引起。換言之,X射線可能揭示宇宙中暗能量分布不均勻,從而導致不同的膨脹率。這就像烤麵包時,麵包中的酵母混合不均勻,從而導致烤制過程中膨脹不同。然而,這都還是假設,因為我們對暗能量可以說還只是猜測其存在。

最後,我們根據多年來眾多天文學科研團隊對宇宙膨脹的各種測量方式和結果進行分析,會發現不同的測量方式,會出現不同的結果,但偏偏這些測量方式又都有其令人信服的道理。從中我們也可以看出,我們測量宇宙的眾多技術都或多或少的存在不足之處,因為相同的宇宙只能有一個客觀存在的運動現象。

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