Kozmolojideki son zamanlardaki çelişen genişleme oranı ölçümleriyle işaretlenen “Hubble Gerginliği”, standart kozmolojik model hakkında soruları gündeme getiriyor. Yeni bir teori, dev, sığ bir boşluğun bu anormallikleri açıklayabileceğini, evrendeki maddenin dağılımına ilişkin geleneksel görüşlere meydan okuduğunu ve Einstein’ın yerçekimi teorisinde olası bir değişiklik önerildiğini öne sürüyor.
Kozmologlar, geleneksel modellere meydan okuyan ve Einstein’ın yerçekimi teorisinin revizyonunu öneren “Hubble gerilimine” çözüm olarak uzayda dev bir boşluk öneriyorlar.
Kozmolojinin en büyük gizemlerinden biri evrenin genişleme hızıdır. Bu aynı zamanda kozmolojik sabit model kullanılarak da tahmin edilebilir. Lambda-Soğuk Karanlık Madde (ΛCDM). Model, ışıktan arta kalan ışığın ayrıntılı gözlemlerine dayanmaktadır. büyük patlama – kozmik mikrodalga arka planı denir (CMP)
Evrenin genişlemesi galaksilerin birbirlerinden uzaklaşmasına neden olur. Bizden ne kadar uzaklaşırlarsa o kadar hızlı hareket ederler. Bir galaksinin hızı ile uzaklığı arasındaki ilişki, megaparsek (astronomik uzunluk birimi) başına saniyede 43 mil (70 km) olan “Hubble sabiti” tarafından yönetilir. Bir takımyıldız anlamına gelir Yaklaşık 50.000 mil yol alıyor Bizden yaklaşık her milyon ışık yılı uzaktadır.
Ancak ne yazık ki standart model için bu değer son zamanlarda tartışılıyor ve önde gelen bilim insanları “Hubble Gerilimi.” Genişleme oranını yakındaki galaksileri ve süpernovaları (patlayan yıldızları) kullanarak ölçtüğümüzde, SPK’ya göre tahmin ettiğimizden %10 daha yüksek çıkıyor.
Sanatçının dev boşluğa ve onu çevreleyen ipliklere ve duvarlara dair izlenimi. Kredi bilgileri: Pablo Carlos Budassi
bizim Yeni kağıtolası bir açıklama sunuyoruz: Uzayda devasa bir boşlukta (ortalamanın altında yoğunlukta bir bölge) yaşıyoruz. Bunun, boşluktan kaçan maddeyle yerel ölçekleri artırabileceğini gösterdik. Vakumun etrafındaki daha yoğun bölgeler, vakumun bağlantısı kesildiğinde dışarı atılacaktır; bunlar, vakumun içindeki daha az yoğun olan malzemeye göre daha büyük bir çekim kuvveti uygulayacaktır.
Bu senaryoda, boşluğun merkezine yakın olmamız, çapının bir milyar ışıkyılı olması ve bir bütün olarak evrenin ortalamasından yaklaşık %20 daha az yoğun olmamız gerekir; yani tamamen boş sayılmayız.
Standart modelde bu kadar büyük ve derin bir boşluk beklenmiyor ve bu nedenle tartışmalı. KŞK, bebek evrenin yapısının bir anlık görüntüsünü sunarak, bugün maddenin eşit şekilde dağılması gerektiğini öne sürüyor. Ancak farklı bölgelerdeki galaksilerin sayısını doğrudan hesaplıyor Gerçekten tavsiye ederim Yerel bir boşluğun içindeyiz.
Yer çekimi yasalarını tersine çevirmek
Çeşitli kozmolojik gözlemleri, ilk zamanlarda küçük bir yoğunluk dalgalanmasından doğan büyük bir boşlukta yaşadığımız varsayımına uydurarak bu fikri daha da test etmek istedik.
Bunu yapmak için bizim modeli ΛCDM’yi içermez, ancak değiştirilmiş Newton mekaniği adı verilen alternatif bir teori (Pazartesi)
MOND başlangıçta galaksilerin dönme hızındaki anormallikleri açıklamak için önerildi ve bu da “karanlık madde” olarak bilinen görünmez bir maddenin önerisine yol açtı. MOND, anormalliklerin, galaksilerin dış bölgelerinde olduğu gibi yerçekiminin çok zayıf olduğu durumlarda Newton’un yerçekimi yasasının bozulmasıyla açıklanabileceğini öne sürüyor.
MOND’daki genel kozmik genişleme geçmişi standart modele benzer, ancak yapı (galaksi kümeleri gibi) MOND’da daha hızlı büyüyor. Modelimiz, MOND evreninde yerel evrenin nasıl göründüğünü yakalıyor. Bugünkü genişleme hızına ilişkin yerel ölçümlerin, konumumuza bağlı olarak dalgalanmalara izin verdiğini bulduk.
SPK sıcaklık dalgalanmaları: Dokuz yıllık WMAP verilerinden oluşturulan bebek evrenin ayrıntılı, tüm gökyüzünü kapsayan resmi, 13,77 milyar yıllık sıcaklık dalgalanmalarını (renk farklılıkları olarak gösterilir) ortaya koyuyor. Katkıda bulunanlar: NASA / WMAP Bilim Ekibi
Son galaksi gözlemleri, farklı konumlardaki tahmini hızlar açısından modelimizin önemli ve yeni bir testine olanak sağladı. Bu, belirli bir alanda yoğun olsun veya olmasın maddenin ortalama hızı olan toplu akış adı verilen bir şeyin ölçülmesiyle yapılabilir. Kürenin yarıçapına göre değişir Son gözlemler gösteriliyor Devam eder Bir milyar ışıkyılı kadar.
İlginçtir ki, bu büyüklükteki galaksilerin toplam akışı, standart modelde beklenenden dört kat daha hızlıdır. Statik modelin öngördüğünün aksine, söz konusu bölgenin boyutuyla birlikte arttığı da görülmektedir. Bunun standart modelle eşleşme olasılığı milyonda birden azdır.
Bu, çalışmamızın toplam akış için ne öngördüğünü görmemizi sağladı. İyi sonuçlar verdiğini gördük kibrit Gözlemler için. Bunun için boşluğun merkezine çok yakın olmamız gerekiyor ve boşluğun çekirdeği de çok boş olmalı.
Dava kapandı?
Sonuçlarımız, Hubble gerilimine yönelik popüler çözümlerin sıkıntıda olduğu bir zamanda geldi. Bazıları daha doğru ölçümlere ihtiyacımız olduğuna inanıyor. Diğerleri ise yerel olarak ölçtüğümüz yüksek genişleme oranı göz önüne alındığında bunun çözülebileceğini düşünüyor Mükemmel bir gerçekten. Ancak bu, erken evrenin genişleme geçmişinde küçük bir değişiklik gerektiriyor, dolayısıyla CMB hala doğru görünüyor.
Ne yazık ki etkili bir incelemede yedi sorunlar Bu yaklaşımla. Eğer evren kozmik tarihin çoğundan %10 daha hızlı genişleseydi, %10 daha genç olurdu; bu çelişkili bir durum. Dönemler İlkel yıldızlar.
Yıldızlararası sayıda derin ve geniş bir yerel boşluğun varlığı ve hızlı gözlemlenen toplam akışlar, ΛCDM’nin onlarca ila yüz milyon ışıkyılı ölçeklerde beklenenden daha hızlı büyüdüğünü güçlü bir şekilde göstermektedir.
Bu, evren şu anki yaşı olan 13,8 milyar yılın yarısı kadarken şimdiye kadar görülen en büyük galaksilerin Hubble Uzay Teleskobu görüntüsüdür. Küme, kolektif çekim kuvveti altında yörüngede dönen birkaç yüz gökadadan oluşur. Yeni Hubble ölçümlerindeki arıtılmış kümenin toplam kütlesinin, Güneşimize benzeyen yaklaşık 3 milyon milyar yıldız ağırlığında olduğu tahmin ediliyor (kendi Samanyolu galaksimizden yaklaşık 3000 kat daha büyük), ancak kütlenin çoğu gizli. karanlık madde olarak. Karanlık maddenin konumu mavi katmanda haritalanmıştır. Karanlık madde herhangi bir radyasyon yaymadığı için Hubble gökbilimcileri bunun yerine yerçekiminin uzak arka plandaki galaksilerin görüntülerini bir eğlence evi aynası gibi nasıl değiştirdiğini tam olarak ölçebiliyorlar. Bu bize küme için kütlesel bir tahmin yapmamıza olanak sağladı. 2012 yılında, X-ışını gözlemleri ve kinematik çalışmalar onun erken evrendeki zamanına göre alışılmadık derecede büyük olduğunu ilk kez öne sürdüğünde, kümeye El Gordo (İspanyolca “yağ”) 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 tarih, Standart Model ile uyumlu olamayacak kadar çok kütleye ve çarpışma hızına sahiptir. Bu, bu modelde yapının çok yavaş geliştiğinin bir başka kanıtıdır.
Kütleçekim bu kadar büyük ölçeklerde hakim olduğundan, Einstein’ın kütleçekim teorisini genel göreliliğe kadar genişletmeliyiz – ama yalnızca ölçeklerde. Bir milyon ışık yılından daha büyük.
Ancak yerçekiminin çok büyük ölçeklerde nasıl çalıştığını ölçmenin iyi bir yolu yok; büyük kütlesel çekim kuvvetlerinin bağlı olduğu hiçbir nesne yok. Genel görelilik geçerlidir ve gözlemlerle karşılaştırılabilir, ancak en iyi kozmolojik modelimizin şu anda karşı karşıya olduğu en ciddi gerilimlere yol açan şey kesinlikle bu yaklaşımdır.
Einstein’ın sorunların, onları ilk başta yaratan düşünce yapısıyla çözülemeyeceğini söylediği düşünülüyor. Gerekli değişiklikler çok büyük olmasa da, bir asırdan fazla bir süredir yerçekimi teorimizi değiştirmemiz gerektiğine dair ilk güvenilir kanıtı görmüş olabiliriz.
St Andrews Üniversitesi Astrofizik Bölümünde doktora sonrası araştırmacı Indranil Panik tarafından yazılmıştır.
Orijinal olarak yayınlanmış bir makaleden uyarlanmıştır Konuşma.
