Allt vi tror att vi vet om universums form kan vara fel. Istället för att vara platt som ett lakan kan vårt universum vara krökt, som en massiv, uppblåst ballong, enligt en ny studie.
Det är resultatet av en ny artikel som publicerades idag (4 november) i tidskriften Nature Astronomy, där man tittar på data från den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB), det svaga ekot från Big Bang. Men alla är inte övertygade; de nya resultaten, baserade på data som släpptes 2018, motsäger både åratal av konventionell visdom och en annan nyligen genomförd studie baserad på samma CMB-databas.
Relaterat: Från Big Bang till nutid: Om universum är krökt, enligt den nya artikeln, är det mjukt krökt. Denna långsamma böjning är inte viktig för att vi ska kunna förflytta oss i våra liv, vårt solsystem eller till och med vår galax. Men om du reser bortom allt detta, utanför vårt galaktiska grannskap, långt in i den djupa svärtan, kommer du så småningom – om du rör dig i en rak linje – att gå i en slinga och hamna precis där du började. Kosmologer kallar denna idé för det ”slutna universumet”. Den har funnits ett tag, men den stämmer inte överens med befintliga teorier om hur universum fungerar. Därför har den till stor del förkastats till förmån för ett ”platt universum” som sträcker sig gränslöst i alla riktningar och som inte går i en slinga runt sig självt. Nu ger en anomali i data från den bästa mätningen någonsin av CMB solida (men inte helt avgörande) bevis för att universum trots allt är slutet, enligt författarna: Kosmologen Eleonora Di Valentino från University of Manchester, kosmologen Alessandro Melchiorri från Sapienza-universitetet i Rom och kosmologen Joseph Silk från Johns Hopkins-universitetet.
Skillnaden mellan ett slutet och ett öppet universum är lite som skillnaden mellan ett sträckt platt ark och en uppblåst ballong, säger Melchiorri till Live Science. I båda fallen expanderar det hela. När arket expanderar rör sig varje punkt bort från varje annan punkt i en rak linje. När ballongen blåses upp kommer varje punkt på dess yta längre bort från varje annan punkt, men ballongens krökning gör geometrin för den rörelsen mer komplicerad.
”Det betyder till exempel att om du har två fotoner och de färdas parallellt i ett slutet universum kommer de att mötas”, sade Melchiorri.
I ett öppet, platt universum skulle fotonerna, om de lämnades ostörda, färdas längs sina parallella banor utan att någonsin interagera.
Den konventionella modellen för universums inflation, sade Melchiorri, tyder på att universum borde vara platt. Spola tillbaka rymdens expansion ända till början, till de första 0,00000000000000000000000000001 sekunderna efter Big Bang, enligt den modellen, och du kommer att se ett ögonblick av otrolig, exponentiell expansion när rymden växte ut från den infinitesimala punkt där den började. Och fysiken i denna supersnabba expansion pekar på ett platt universum. Det är den första anledningen till att de flesta experter tror att universum är platt, sade han. Om universum inte är platt måste man ”finjustera” fysiken i den primordiala mekanismen för att få allt att passa ihop – och göra om otaliga andra beräkningar i processen, sade Melchiorri.
Men det kan sluta med att det blir nödvändigt, skrev författarna i den nya studien.
Det beror på att det finns en anomali i CMB. CMB är det äldsta vi ser i universum och består av omgivande mikrovågsljus som genomsyrar hela rymden när man blockerar bort stjärnor och galaxer och andra störningar. Det är en av de viktigaste källorna till data om universums historia och beteende, eftersom det är så gammalt och så utspritt över hela rymden. Och det visar sig, enligt de senaste uppgifterna, att det finns betydligt mer ”gravitationslinsning” av CMB än förväntat – vilket innebär att gravitationen tycks böja CMB:s mikrovågor mer än vad befintlig fysik kan förklara.
Den data som teamet använder sig av kommer från en 2018 års utgåva från Planck-experimentet – ett experiment från Europeiska rymdorganisationen ESA (European Space Agency) som syftar till att kartlägga CMB i mer detalj än någonsin tidigare. (De nya uppgifterna kommer att publiceras i ett kommande nummer av tidskriften Astronomy & Astrophysics och finns nu tillgängliga på ESA:s webbplats. Både Di Valentino och Melchiorri var också en del av det arbetet.)
För att förklara den extra linsbildningen har Planck Collaboration just lagt till en extra variabel, som forskarna kallar ”A_lens”, till gruppens modell av universums bildning: ”Det här är något som man lägger in för hand, för att försöka förklara det man ser. Det finns ingen koppling till fysiken”, sade Melchiorri, vilket innebär att det inte finns någon A_lens-parameter i Einsteins relativitetsteori. ”Vad vi fann är att man kan förklara A_lens med ett positivt krökt universum, vilket är en mycket mer fysisk tolkning som man kan förklara med den allmänna relativitetsteorin.”
Melchiorri påpekade att hans grupps tolkning inte är slutgiltig. Enligt gruppens beräkningar pekar Planckdata på ett slutet universum med en standardavvikelse på 3,5 sigma (ett statistiskt mått som innebär ungefär 99,8 % säkerhet att resultatet inte beror på slumpen). Det är långt ifrån den standard på 5 sigma som fysiker vanligtvis letar efter innan de kallar en idé för bekräftad.
Men vissa kosmologer menade att det fanns ännu fler skäl att vara skeptisk.
Andrei Linde, kosmolog vid Stanford University, berättade för Live Science att Nature Astronomy-publikationen inte tog hänsyn till en annan viktig publikation, som publicerades i arXiv-databasen den 1 oktober. (Den artikeln har ännu inte publicerats i en fackgranskad tidskrift.)
I den artikeln har kosmologerna George Efstathiou och Steven Gratton från University of Cambridge, som båda också arbetade i Planck Collaboration, tittat på en snävare delmängd data än i Nature Astronomy-artikeln. Deras analys stödde också ett krökande universum, men med mycket mindre statistisk säkerhet än vad Di Valentino, Melchiorri och Silk fann när de tittade på ett större segment av Planckdata. När Efstathiou och Graton tittade på data tillsammans med två andra befintliga datamängder från det tidiga universum fann de dock att bevisen överlag pekade mot ett platt universum.
Som fråga om Efstathiou och Grattons artikel berömde Melchiorri den noggranna behandlingen av arbetet. Men han menade att duons analys förlitar sig på ett alltför litet segment av Planckdata. Och han påpekade att deras forskning bygger på en modifierad (och i teorin förbättrad) version av Planckdata – inte den offentliga datamängd som mer än 600 fysiker hade granskat.
Linde pekade på denna omanalys som ett tecken på att Efstathiou och Grattons artikel byggde på bättre metoder.
Efstathiou bad att inte bli direkt citerad, men påpekade i ett mejl till Live Science att om universum var krökt skulle det ge upphov till ett antal problem – det skulle motsäga dessa andra datamängder från det tidiga universum och göra diskrepanserna i universums observerade expansionstakt mycket värre. Gratton sade att han höll med.
Melchiorri höll också med om att modellen med ett slutet universum skulle ge upphov till ett antal problem för fysiken.
”Jag vill inte säga att jag tror på ett slutet universum”, sade han. ”Jag är lite mer neutral. Jag skulle säga, låt oss vänta på data och vad nya data kommer att säga. Vad jag tror är att det finns en diskrepans nu, att vi måste vara försiktiga och försöka hitta vad som producerar denna diskrepans.”
- 11 fascinerande fakta om vår galax Vintergatan
- Big Bang till civilisation: 10 fantastiska ursprungshändelser
- Spaced Out! 101 Astronomy Photos That Will Blow Your Mind
Originally published on Live Science.
Lämna ett svar