Diese vier Galaxienhaufen wurden unter Hunderten in einer großen Umfrage analysiert, um zu testen, ob das Universum über große Maßstäbe in alle Richtungen gleich ist. Die Studienergebnisse legen nahe, dass das Konzept eines "isotropen" Universums möglicherweise nicht vollständig passt.
(Bild: © NASA / CXC / Universität Bonn / K. Migkas et al.)
Das Universum ist vielleicht doch nicht in jeder Richtung gleich.
Die Expansionsrate von das Weltall scheint von Ort zu Ort zu variieren, berichtet eine neue Studie. Wenn dieser Befund bestätigt würde, würden die Astronomen gezwungen sein, zu überdenken, wie gut sie den Kosmos verstehen.
"Eine der Säulen der Kosmologie - das Studium der Geschichte und des Schicksals des gesamten Universums - ist, dass das Universum 'isotrop' ist, was in alle Richtungen gleich bedeutet", so der Studienleiter Konstantinos Migkas von der Universität Bonn in Deutschland , sagte in einer Erklärung. "Unsere Arbeit zeigt, dass diese Säule möglicherweise Risse aufweist."
Das Universum expandiert seitdem seit mehr als 13,8 Milliarden Jahren kontinuierlich der Urknall - und mit einer beschleunigten Geschwindigkeit dank einer mysteriösen Kraft namens Dunkle Energie. Gleichungen, die auf Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie basieren, legen nahe, dass diese Expansion auf großen räumlichen Skalen isotrop ist, schrieb Migkas am Dienstag (7. April) in a Blogeintrag über die neue Studie.
Beobachtungen der kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB), die vom Urknall übrig gebliebene universumsdurchdringende Strahlung, stützt diesen Gedanken, fügte er hinzu: "Die CMB scheint isotrop zu sein, und Kosmologen extrapolieren diese Eigenschaft des sehr frühen Universums auf unsere aktuelle Epoche, fast 14 Milliarden Jahre später."
Es sei jedoch unklar, wie gültig diese Extrapolation sei, betonte er und bemerkte dies dunkle Energie war in den letzten 4 Milliarden Jahren der dominierende Faktor in der Entwicklung des Universums. Die "verwirrende Natur der Dunklen Energie hat es Astrophysikern noch nicht ermöglicht, sie richtig zu verstehen", schrieb Migkas. "Daher ist die Annahme, dass es isotrop ist, vorerst fast ein Glaubenssprung. Dies unterstreicht die dringende Notwendigkeit zu untersuchen, ob das heutige Universum isotrop ist oder nicht."
Die neue Studie berichtet über die Ergebnisse einer solchen Untersuchung. Migkas und seine Kollegen studierten 842 Galaxienhaufen, die größten gravitationsgebundenen Strukturen im Universum, unter Verwendung von Daten, die von drei Weltraumteleskopen gesammelt wurden: dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA, dem europäischen XMM-Newton und dem Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics, einem gemeinsamen japanischen US-amerikanischen. Mission, die im Jahr 2001 endete.
Die Forscher bestimmten die Temperatur jedes Clusters durch Analyse der Röntgenemissionen, die von riesigen Heißgasfeldern in ihnen ausgehen. Sie verwendeten diese Temperaturinformationen, um die inhärente Röntgenhelligkeit jedes Clusters abzuschätzen, ohne kosmologische Variablen wie die Expansionsrate des Universums berücksichtigen zu müssen.
Die Forscher berechneten dann die Röntgenhelligkeit für jeden Cluster auf unterschiedliche Weise, was Kenntnisse über die Expansion des Universums erforderte. Dies ergab offensichtliche Expansionsraten über den gesamten Himmel - und diese Raten stimmten nicht überall überein.
"Wir haben es geschafft, eine Region zu bestimmen, die sich langsamer auszudehnen scheint als der Rest des Universums, und eine, die sich schneller auszudehnen scheint!" Migkas schrieb im Blogbeitrag. "Interessanterweise stimmen unsere Ergebnisse mit mehreren überein vorherige Studien das verwendete andere Methoden, mit dem Unterschied, dass wir diese 'Anisotropie' am Himmel mit einem viel höheren Vertrauen identifizierten und Objekte verwendeten, die den gesamten Himmel gleichmäßiger bedeckten. "
Es ist möglich, dass dieses Ergebnis eine relativ prosaische Erklärung hat. Zum Beispiel werden Galaxienhaufen in den anomalen Gebieten möglicherweise von anderen Clustern stark gravitativ gezogen, was die Illusion einer anderen Expansionsrate vermittelt.
Solche Effekte werden auf kleineren räumlichen Skalen im Universum beobachtet, sagten die Forscher. Die neue Studie untersucht Cluster, die bis zu 5 Milliarden Lichtjahre entfernt sind, und es ist unklar, ob Gravitationsschlepper die Expansionskräfte über so große Entfernungen hinweg überwältigen könnten, fügten sie hinzu.
Wenn die beobachteten Unterschiede in der Expansionsrate tatsächlich real sind, könnten sie interessante neue Details über die Funktionsweise des Universums enthüllen. Zum Beispiel variiert die dunkle Energie selbst von Ort zu Ort im gesamten Kosmos.
"Es wäre bemerkenswert, wenn dunkle Energie in verschiedenen Teilen des Universums unterschiedliche Stärken hätte", sagte der Co-Autor der Studie, Thomas Reiprich, ebenfalls von der Universität Bonn, in derselben Erklärung. "Es wären jedoch viel mehr Beweise erforderlich, um andere Erklärungen auszuschließen und überzeugende Argumente zu liefern."
Die neue Studie erscheint in der April 2020-Ausgabe der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics. Sie können es kostenlos auf der Online-Preprint-Site lesen arXiv.org.
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