Η επέκταση του σύμπαντος μπορεί να μην είναι ομοιόμορφη

Ο Κωνσταντίνος Μίγκας, ερευνητής της αστρονομίας και αστροφυσικής στο πανεπιστήμιο της Βόννης της Γερμανίας, και ο επιβλέπων του Thomas Reiprich, ξεκίνησαν αρχικά να επαληθεύσουν μια νέα μέθοδο που θα επέτρεπε στους αστρονόμους να δοκιμάσουν την υποτιθέμενη υπόθεση ισοτροπίας. Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, το Σύμπαν έχει, παρά τις τοπικές διαφορές, τις ίδιες ιδιότητες σε κάθε κατεύθυνση σε μεγάλη κλίμακα.

Ευρέως αποδεκτή ως συνέπεια της καθιερωμένης θεμελιώδους φυσικής, η υπόθεση υποστηρίζεται από παρατηρήσεις του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων (CMB). Ένα απ ‘ευθείας υπόλοιπο της Μεγάλης Έκρηξης, το CMB αντικατοπτρίζει την κατάσταση του Σύμπαντος όπως ήταν στα πρώτα του βήματα, μόλις 380.000 χρόνια. Η ομοιόμορφη κατανομή του CMB στον ουρανό υποδηλώνει ότι στις πρώτες ημέρες το Σύμπαν έπρεπε να επεκταθεί ταχέως και με τον ίδιο ρυθμό προς όλες τις κατευθύνσεις.

Στο σημερινό Σύμπαν, όμως, αυτό δεν μπορεί πλέον να ισχύει.

“Μαζί με τους συναδέλφους μας από το Πανεπιστήμιο της Βόννης και το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, εξετάσαμε τη συμπεριφορά πάνω από 800 συστάδων γαλαξιών στο σημερινό Σύμπαν”, λέει ο Κωνσταντίνος. “Αν η υπόθεση ισοτροπίας ήταν σωστή, οι ιδιότητες των συστάδων θα ήταν ομοιόμορφες στον ουρανό. Αλλά είδαμε ουσιαστικές διαφορές ».

Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν μετρήσεις θερμοκρασίας ακτίνων Χ για το εξαιρετικά καυτό αέριο που διεισδύει στις συστοιχίες και συνέκρινε τα δεδομένα με το πόσο φωτεινά είναι τα clusters στον ουρανό. Συσπειρώματα της ίδιας θερμοκρασίας και τοποθετημένα σε παρόμοια απόσταση θα πρέπει να φαίνονται παρόμοια φωτεινά. Αλλά δεν είναι αυτό που παρατηρούν οι αστρονόμοι.

“Είδαμε ότι τα συγκροτήματα με τις ίδιες ιδιότητες, με παρόμοιες θερμοκρασίες, φαίνονταν λιγότερο φωτεινά από ό, τι θα περίμενε κανείς προς μια κατεύθυνση του ουρανού και φωτεινότερα από τα αναμενόμενα προς άλλη κατεύθυνση”, λέει ο Thomas. “Η διαφορά ήταν αρκετά σημαντική, περίπου το 30%. Αυτές οι διαφορές δεν είναι τυχαίες αλλά έχουν ένα σαφές μοτίβο ανάλογα με την κατεύθυνση στην οποία παρατηρήσαμε στον ουρανό. ”

Πριν αμφισβητήσουμε το ευρέως αποδεκτό μοντέλο κοσμολογίας , το οποίο παρέχει τη βάση για την εκτίμηση των αποστάσεων του συμπλέγματος, ο Κωνσταντίνος και οι συνάδελφοί του εξέτασαν πρώτα τις άλλες πιθανές εξηγήσεις. Ίσως, θα μπορούσαν να υπάρχουν μη-ανιχνευμένα σύννεφα φυσικού αερίου ή σκόνης τα οποία να αποκρύπτουν την θέα και να δημιουργούν ομαλότερα τα σμήνη σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Τα δεδομένα, ωστόσο, δεν υποστηρίζουν αυτό το σενάριο.

Σε ορισμένες περιοχές του χώρου η κατανομή των συστάδων θα μπορούσε να επηρεαστεί από τις χύδην ροές, τις μεγάλες κινήσεις της ύλης που προκαλούνται από την βαρυτική έλξη εξαιρετικά μαζικών δομών όπως οι μεγάλες ομάδες συμπλέγματος. Αυτή η υπόθεση, ωστόσο, φαίνεται μάλλον απίθανη. Ο Κωνσταντίνος προσθέτει ότι τα ευρήματα πήραν την ομάδα από έκπληξη.

“Εάν το Σύμπαν είναι πραγματικά ανισότροπο, αν και μόνο τα τελευταία χρόνια, αυτό θα σήμαινε μια τεράστια αλλαγή της ιδέας, διότι η κατεύθυνση κάθε αντικειμένου θα έπρεπε να ληφθεί υπόψη όταν αναλύουμε τις ιδιότητές τους”, λέει. “Για παράδειγμα, σήμερα, εκτιμούμε την απόσταση των πολύ απομακρυσμένων αντικειμένων στο Σύμπαν εφαρμόζοντας ένα σύνολο κοσμολογικών παραμέτρων και εξισώσεων. Πιστεύουμε ότι αυτές οι παράμετροι είναι οι ίδιες παντού. Αλλά εάν τα συμπεράσματά μας είναι σωστά από αυτό δεν θα συνέβαινε και θα έπρεπε να επανεξετάσουμε όλα τα προηγούμενα συμπεράσματά μας. ”

“Αυτό είναι ένα εξαιρετικά συναρπαστικό αποτέλεσμα”, σχολιάζει ο Norbert Schartel, επιστήμονας του προγράμματος XMM-Newton στο ESA. “Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι το παρόν Σύμπαν μπορεί να μην επεκτείνεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά αυτό το αποτέλεσμα – η πρώτη φορά που μια τέτοια δοκιμή εκτελέστηκε με συστάδες γαλαξιών σε ακτίνες Χ – έχει πολύ μεγαλύτερη σημασία και αποκαλύπτει επίσης μια μεγάλη δυνατότητες μελλοντικών ερευνών. ”

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η πιθανώς άνιση επίπτωση στην κοσμική επέκταση μπορεί να προκληθεί από τη σκοτεινή ενέργεια, τη μυστηριώδη συνιστώσα του Κόσμου που αντιπροσωπεύει την πλειοψηφία – περίπου το 69% – της συνολικής ενέργειας. Πολύ λίγα είναι γνωστά για τη σκοτεινή ενέργεια σήμερα, εκτός από το ότι φαίνεται να επιταχύνουν την επέκταση του Σύμπαντος τα τελευταία χρόνια.