Universet er retningsfritt, studier finner

Big Bang Universe Light Map

Dette kartet, produsert ved hjelp av data samlet inn av Planck -satellitten, viser et kart over lyset som er igjen fra big bang. Hvis universet ikke var isotropt, tror forskere at de ville finne bevis på kart som dette. (Bildekreditt: ESA / Planck Collaboration.)





Universet, det viser seg, ser det samme ut i alle retninger.

Selvfølgelig er dette ikke sant i 'liten skala' - stjernene, galakser, mørk materie og interstellar gass som fyller universet er strødd rundt og klumpet sammen på unike måter. Men på en stor skala som omfatter hele universet, viser ny forskning at det kosmiske landskapet ikke har noen foretrukket retning - det er ingen rotasjonsakse som jorden, ingen massive asymmetrier som vil orientere en kosmisk reisende.

Den nye studien ser ut til å være det mest grundige forsøket på å svare på dette spørsmålet, som bekrefter en lenge antatt fysikk. I tillegg berører den ideen om at Jorden ikke inntar et spesielt sted i universet ved å vise at det ikke bare er et foretrukket sted i universet, det er ingen foretrukket retning.



Baking av universet

Noen ting i universet ser annerledes ut, avhengig av hvor du står når du ser på dem, eller fra hvilken retning du ser dem. For eksempel, Melkeveien er en disk som roterer rundt en sentral akse som en plate på en platespiller. Galaksen ser annerledes ut, avhengig av hvor den er sett fra, så observatører forskjellige steder ser forskjellige ting. Men en galakse er også anisotrop - det vil si at en observatør på ett sted kan se i forskjellige retninger og vil se noe annerledes. Stjernene som ligger langt ute på disken beveger seg raskere når de pisker rundt i midten, sammenlignet med stjerner nær midten. (Dette gjelder for en observatør inne i galaksen eller utenfor den).

Det er den sistnevnte typen variasjon som tas opp i den nye forskningen. Hvis universet ser det samme ut uansett hvilken retning det settes fra, er det isotropisk. Hvis den har stor avhengighet av retning, er den anisotrop.

Hvis universets storskala struktur er anisotrop-forskjellig avhengig av retningen det sees fra-ville den funksjonen vært tilstede fra start.



En liten brøkdel av et sekund etter at universet kom til live i Big Bang, tror forskere at kosmos gjennomgikk en periode med rask inflasjon , som et brød som ekspanderer i ovnen. Svært små, tilfeldige 'svingninger' (som luftbobler i deigen) gjorde det til saken i universet spredte seg ikke jevnt , i hvert fall på små skalaer; Den klumpet seg sammen for å danne stjerner, galakser og galaksehoper, mens noen områder stort sett var tomme. (Denne klumpingen observeres også i mørk materie, den mystiske substansen som utgjør omtrent 80 prosent av massen i universet).

Men hva om hele brødet var vridd, og ikke bare på små skalaer? For eksempel, hva om romtid, stoffet i universet, snurret da inflasjonen begynte? Det vil absolutt påvirke hvordan et brød så ut når det var ferdig med baking, og det ville sikkert påvirke hvordan universet ser ut i dag.

For eksempel ekspanderer universet fortsatt, om enn langsommere enn det var under inflasjonen. Det betyr at det skapes nytt rom mellom stjerner og galakser, så disse objektene beveger seg bort fra hverandre. Hvis forskere målte ekspansjonshastigheten og fant ut at ting gikk litt raskere i en retning og litt tregere i en annen retning, ville det indikere at noe var skjevt i det universelle stoffet. Det ville være bevis på anisotropi .



Hvis universet var anisotropisk (ikke så det samme ut uavhengig av retning), ville det sette et avtrykk i den kosmiske mikrobølgeovnen. Dette kartet viser hvordan en slik anisotropi kan se ut (minus de små svingningene i lyset).

Hvis universet var anisotropisk (ikke så det samme ut uavhengig av retning), ville det sette et avtrykk i den kosmiske mikrobølgeovnen. Dette kartet viser hvordan en slik anisotropi kan se ut (minus de små svingningene i lyset).(Bildekreditt: D. Saadeh, SM Feeney, A. Pontzen, H. V. Peiris, J. D. McEwen)

Universet som ekspanderer med forskjellige hastigheter i forskjellige retninger er den enkleste måten anisotropi kan utspille seg på, ifølge Daniella Saadeh, en doktorgradsstudent i fysikk og astronomi ved University College London og hovedforfatter av et nytt forskningsoppslag som viser det store universet er faktisk isotropt.

Et kart over kosmos

Saadeh og kolleger så etter tegn på anisotropi i data fra European Space Agency Planck -satellitt , samlet mellom 2009 og 2013, hvilke kart over det eldste lyset i universet - den kosmiske mikrobølgeovnen, eller lyset som er igjen fra Big Bang . Hvis universet ble vridd eller vridd på en eller annen måte, ville det lyset sannsynligvis bære et tegn på det, ifølge forfatterne.

Matematikere har allerede pekt på måter universet kunne ha blitt vridd eller vridd eller formet på en eller annen måte for å skape en retningsavhengighet. Disse variasjonene kan utledes av Einsteins relativitetsteori. Saadeh og hennes kolleger brukte datamodeller for å simulere alle måtene universet kan være anisotropisk på, og hva hvert av disse resultatene ville etterlate et avtrykk på lyset som ble samlet av Planck -satellitten. For å få dette til, trengte Saadeh og kolleger både data av høy kvalitet levert av Planck, så vel som dataprogrammer som kunne løpe gjennom alle mulige måter disse justeringene kan påvirke hvordan CMB ser ut over hele universet.

Panelet til venstre viser et anisotrop avtrykk på den kosmiske mikrobølgeovnen; midtpanelet viser små variasjoner i CMB; høyre panel viser kombinasjonen av de to.

Panelet til venstre viser et anisotrop avtrykk på den kosmiske mikrobølgeovnen; midtpanelet viser små variasjoner i CMB; høyre panel viser kombinasjonen av de to.(Bildekreditt: D. Saadeh, SM Feeney, A. Pontzen, H. V. Peiris, J. D. McEwen)

'Dette er en alvorlig utfordring, ettersom vi fant et enormt antall måter universet kan være anisotropisk på,' sa Stephen Feeney, medforfatter på avisen, som den gang var postdoktor ved Imperial College London. 'Det er ekstremt lett å gå seg vill i dette mylderet av mulige universer - vi må stille inn 32 ringer for å finne den riktige.'

Fordi funnet er basert på statistisk analyse, blir konklusjonen faktisk uttrykt som en sannsynlighet: Det er en 1 i 121 000 sjanse for at universet ikke er det samme i alle retninger. Saadeh sier at hvis noen ønsker å forbedre dette tallet, vil de sannsynligvis måtte vente på et annet CMB -romobservatorium som er bedre enn Planck, og ingenting av den typen er under bygging.

I en uttalelse fra University College London bemerker Saadeh at 'universer som spinner og strekker seg er fullt mulig, så det er viktig at vi har vist at våre er rettferdige i alle retninger.'

Men faktisk regelboka som moderne fysikk følger - kjent som standardmodellen - forutsetter at universet er isotropisk, og ikke har store variasjoner på store skalaer.

Standardmodellen beskriver alt forskere vet om verden - alle partiklene som finnes i den, kreftene som påvirker disse partiklene, lovene som styrer det hele. Modellen gjør også spådommer; oppdagelsen av Higgs -bosonet i 2012 hadde blitt spådd av standardmodellen omtrent fire tiår tidligere. Hvis Saadeh og kolleger hadde funnet bevis på at universet var anisotropisk, ville det ha kastet en skiftenøkkel i standardmodellen.

På noen måter hadde det vært ekstremt spennende, men Saadeh sa i utgivelsen:

'Vi er veldig glad for at arbeidet vårt bekrefter det de fleste kosmologer antar. For nå er kosmologi trygg. '

Følg Calla Cofield @callacofield . Følg oss @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikkel om guesswhozoo.com .