Deze vier clusters van melkwegstelsels werden bij honderden geanalyseerd in een groot onderzoek om te testen of het universum in alle richtingen op grote schaal hetzelfde is. De studieresultaten suggereren dat het concept van een "isotroop" universum mogelijk niet helemaal past.
(Afbeelding: © NASA / CXC / Univ. Van Bonn / K. Migkas et al.)
Het universum is misschien niet in alle richtingen hetzelfde.
De uitbreidingssnelheid van het heelal lijkt van plaats tot plaats te verschillen, meldt een nieuwe studie. Deze bevinding zou, indien bevestigd, astronomen ertoe dwingen opnieuw te beoordelen hoe goed ze de kosmos begrijpen.
'Een van de pijlers van de kosmologie - de studie van de geschiedenis en het lot van het hele universum - is dat het universum' isotroop 'is, wat in alle richtingen hetzelfde betekent', aldus hoofdauteur Konstantinos Migkas van de Universiteit van Bonn in Duitsland , zei in een verklaring. 'Ons werk laat zien dat er mogelijk scheuren in die pilaar zitten.'
Het universum is sindsdien voortdurend uitgebreid voor meer dan 13,8 miljard jaar de oerknal - en in een steeds sneller tempo, dankzij een mysterieuze kracht die donkere energie wordt genoemd. Vergelijkingen gebaseerd op Einsteins algemene relativiteitstheorie suggereren dat deze uitbreiding isotroop is op grote ruimtelijke schalen, schreef Migkas dinsdag (7 april) in een blogpost over de nieuwe studie.
Observaties van de kosmische microgolfachtergrond (CMB), de universum-doordringende straling die overblijft van de oerknal, ondersteunt dit idee, voegde hij eraan toe: "De CMB lijkt isotroop te zijn en kosmologen extrapoleren deze eigenschap van het zeer vroege universum naar ons huidige tijdperk, bijna 14 miljard jaar geleden later."
Maar het is onduidelijk hoe geldig deze extrapolatie is, benadrukte hij, en merkte dat op donkere energie is de dominante factor geweest in de evolutie van het universum in de afgelopen 4 miljard jaar of zo. De 'verbijsterende aard van donkere energie heeft astrofysici nog niet in staat gesteld om het goed te begrijpen', schreef Migkas. "Daarom is het aannemen dat het isotroop is voorlopig bijna een sprong in het diepe. Dit benadrukt de dringende noodzaak om te onderzoeken of het universum van vandaag isotroop is of niet."
De nieuwe studie rapporteert de resultaten van een dergelijk onderzoek. Migkas en zijn collega's studeerden 842 melkwegclusters, de grootste door zwaartekracht gebonden structuren in het universum, met behulp van gegevens die zijn verzameld door drie ruimtetelescopen: NASA's Chandra X-ray Observatory, Europa's XMM-Newton en de Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics, een gezamenlijke Japans-Amerikaanse. missie die eindigde in 2001.
De onderzoekers bepaalden de temperatuur van elk cluster door de röntgenemissies te analyseren die afkomstig waren van enorme velden met heet gas erin. Ze gebruikten deze temperatuurinformatie om de inherente röntgenstralingshelderheid van elk cluster te schatten, zonder rekening te hoeven houden met kosmologische variabelen zoals de expansiesnelheid van het universum.
De onderzoekers berekenden vervolgens de helderheid van röntgenstralen voor elk cluster op een andere manier, waarvoor kennis van de uitbreiding van het universum nodig was. Hierdoor kwamen schijnbare uitbreidingssnelheden over de hele hemel naar voren - en deze snelheden kwamen niet overal overeen.
"We zijn erin geslaagd een regio aan te wijzen die langzamer lijkt uit te breiden dan de rest van het universum, en een regio die sneller lijkt uit te breiden!" Migkas schreef in de blogpost. "Interessant is dat onze resultaten met verschillende resultaten overeenkomen eerdere studies die andere methoden gebruikte, met het verschil dat we deze 'anisotropie' in de lucht met een veel groter vertrouwen identificeerden en objecten uniformer gebruikten die de hele hemel bedekten. "
Het is mogelijk dat dit resultaat een relatief prozaïsche verklaring heeft. Misschien worden clusters van sterrenstelsels in de afwijkende gebieden bijvoorbeeld door andere clusters hard door de zwaartekracht getrokken, waardoor de illusie wordt gewekt dat de uitzettingssnelheid anders is.
Dergelijke effecten worden gezien op kleinere ruimtelijke schalen in het universum, aldus de onderzoekers. Maar de nieuwe onderzoekssondes clusters tot 5 miljard lichtjaar afstand, en het is onduidelijk of zwaartekrachtsleepboten de expansiekrachten over zulke grote afstanden kunnen overweldigen, voegde ze eraan toe.
Als de waargenomen verschillen in uitbreidingssnelheid inderdaad reëel zijn, kunnen ze intrigerende nieuwe details onthullen over hoe het universum werkt. Misschien varieert de donkere energie zelf van plaats tot plaats in de hele kosmos.
"Het zou opmerkelijk zijn als blijkt dat donkere energie verschillende sterktes heeft in verschillende delen van het universum", zegt co-auteur Thomas Reiprich, ook van de Universiteit van Bonn, in dezelfde verklaring. 'Er zou echter veel meer bewijs nodig zijn om andere verklaringen uit te sluiten en een overtuigend argument te geven.'
De nieuwe studie verschijnt in het aprilnummer van het tijdschrift Astronomy and Astrophysics. U kunt het gratis lezen op de online preprint-site arXiv.org.
- Hoe kan het universum sneller uitzetten dan de lichtsnelheid?
- Ons röntgenuniversum: verbluffende foto's van NASA's Chandra X-Ray Observatory
- 7 verrassende dingen over het universum
