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一項(xiàng)關(guān)于星系團(tuán)的新研究表明，宇宙可能在各個(gè)方向上都不相同。如果你的生活有時(shí)似乎沒(méi)有方向，你可能會(huì)理所當(dāng)然地責(zé)怪宇宙。但有研究表明宇宙實(shí)際上是“各向異性”的——某些區(qū)域的膨脹速度比其他區(qū)域快。向那些為個(gè)人不幸尋找宇宙借口的人道歉，也許宇宙并不是那么沒(méi)有方向。

星系團(tuán)由熾熱的氣體發(fā)出x射線(圖中紫色部分)。對(duì)天空中這些星團(tuán)的觀測(cè)揭示了宇宙結(jié)構(gòu)中可能存在的奇怪異?，F(xiàn)象。

一項(xiàng)關(guān)于星系團(tuán)的新研究表明，宇宙在各個(gè)方向上可能都不一樣。如果你的生活有時(shí)似乎沒(méi)有方向，你可以合理地責(zé)怪宇宙。: ）

根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)的關(guān)鍵原理，宇宙在數(shù)十億光年的尺度上是各向同性的，這意味著它在每個(gè)方向上都應(yīng)該有相同的外觀和行為。自從140億年前的大爆炸以來(lái)，宇宙應(yīng)該在每個(gè)方向都以同樣的方式膨脹。這個(gè)預(yù)期與天文學(xué)家在觀測(cè)宇宙大爆炸的均勻余輝宇宙微波背景時(shí)所看到的一致。

然而最近通過(guò)x射線對(duì)天空中星系團(tuán)距離的調(diào)查表明，有些星系團(tuán)比各向同性所預(yù)測(cè)的要近或遠(yuǎn)得多。這一發(fā)現(xiàn)可能是一個(gè)信號(hào)，表明宇宙在某些區(qū)域的膨脹速度實(shí)際上是各向異性的。向那些為個(gè)人的不幸尋找宇宙借口的人道歉，也許宇宙畢竟不是那么沒(méi)有方向感，哈哈。

由德國(guó)波恩大學(xué)的天文學(xué)家康斯坦丁諾斯.米卡斯領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組提供了各向異性的可能證據(jù),這些證據(jù)來(lái)源于美國(guó)宇航局(NASA)錢德拉x射線天文臺(tái)、歐洲航天局“xmm -牛頓”衛(wèi)星、日本“宇宙學(xué)和天體物理學(xué)高級(jí)衛(wèi)星”等觀測(cè)到的850多個(gè)星系團(tuán)的新資料或記錄資料。

這項(xiàng)研究發(fā)表在4月份的《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上，它把每個(gè)星團(tuán)都比作燈塔，通過(guò)每個(gè)星團(tuán)的亮度或亮度來(lái)測(cè)量它們的距離。

通過(guò)測(cè)量彌漫在特定星系團(tuán)中的高溫稀薄氣體所發(fā)射的x射線的種類和數(shù)量，研究小組可以確定氣體的溫度。這樣一來(lái)，研究人員就可以估算出星團(tuán)的x射線光度，從而估算出它的距離。接下來(lái)，他們通過(guò)一種獨(dú)立的技術(shù)計(jì)算了每個(gè)星團(tuán)的亮度，這種技術(shù)部分依賴于預(yù)先存在的宇宙膨脹率。

通過(guò)比較兩個(gè)獨(dú)立星團(tuán)的亮度值，米卡斯和他的同事可以探測(cè)整個(gè)天空中宇宙膨脹速度的潛在偏差，揭示出兩個(gè)星團(tuán)比預(yù)期亮30%或暗30%(因此可能更近或更遠(yuǎn))的區(qū)域。

米卡斯說(shuō)：“我們努力確定了一個(gè)區(qū)域似乎比宇宙的其他區(qū)域擴(kuò)張得更慢，另一個(gè)區(qū)域似乎擴(kuò)張得更快。有許多關(guān)于光學(xué)超新星和紅外星系的研究，它們也探測(cè)到了朝向相同方向的類似的各向異性。 也有許多研究使用類似的數(shù)據(jù)集，但沒(méi)有顯示任何各向異性!因此，情況仍然是模糊的。我們不主張知道各向異性的起源，只主張它們確實(shí)存在”。

根據(jù)對(duì)數(shù)百個(gè)星系團(tuán)的x射線調(diào)查，全天地圖顯示了可能是宇宙的不平衡膨脹。橙黃色表示增長(zhǎng)速度快于預(yù)期。紫黑色表示擴(kuò)張速度比預(yù)期要慢。

驚人的，令人沮喪的各向異性

一個(gè)各向異性的宇宙將動(dòng)搖物理學(xué)的支柱，要求對(duì)當(dāng)前關(guān)于宇宙演化的理論進(jìn)行重大的修正。

如果宇宙的增長(zhǎng)確實(shí)在不同的方向上是不同的，這就給宇宙學(xué)的一個(gè)假設(shè)帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)，即在足夠大的空間范圍內(nèi)膨脹的同質(zhì)性，密歇根州立大學(xué)的天體物理學(xué)家梅根·多納休這樣說(shuō)，她并沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。她補(bǔ)充說(shuō)，不平衡的擴(kuò)張將是驚人和令人沮喪的，因?yàn)檫@表明我們對(duì)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)和演化的理解一直存在明顯的缺陷。

為了解釋這種現(xiàn)象，并將其與宇宙微波背景輻射中近乎完美的各向同性相調(diào)和，宇宙學(xué)家們可能要轉(zhuǎn)向暗能量——一種推動(dòng)宇宙加速增長(zhǎng)的神秘力量。

也許，在宇宙微波背景(CMB)所描繪的宇宙早期和過(guò)去幾十億年的晚期之間的某個(gè)時(shí)期，暗能量效應(yīng)在宇宙的某些特定區(qū)域變得更強(qiáng)，造成了不平衡的膨脹。

“如果發(fā)現(xiàn)暗能量在宇宙的不同部分具有不同的強(qiáng)度，那將是非常了不起的，”波恩大學(xué)的聯(lián)合研究者托馬斯。賴普里希在最近的一份聲明中說(shuō)。然而，還需要更多的證據(jù)來(lái)排除其他解釋，并提出一個(gè)令人信服的理由。

宇宙的盲點(diǎn)

當(dāng)然，最明顯的解釋是，星團(tuán)間距的明顯不對(duì)稱是由于數(shù)據(jù)或分析的缺陷。

然而，這種情況仍然需要科學(xué)家們更好的理解錯(cuò)誤是如何混入他們對(duì)宇宙最佳距離估算的。

約翰霍普金斯大學(xué)的天文學(xué)家亞當(dāng)·里斯說(shuō)，利用星團(tuán)作為宇宙學(xué)探測(cè)的研究得出了古怪結(jié)果，他引用了其他研究人員最近的分析，強(qiáng)調(diào)了基于星團(tuán)的研究和其他測(cè)量技術(shù)之間的不一致。里斯與米卡斯的團(tuán)隊(duì)沒(méi)有任何關(guān)系。

這種不一致性表明，星系團(tuán)x射線溫度和光度之間的相關(guān)性并不像研究人員希望的那樣清晰。

此外，里斯說(shuō)，就在銀河系，還有其他潛在的問(wèn)題需要處理:即，我們星系充滿氣體和塵埃的圓盤，以各種令人煩惱的方式干擾了天文學(xué)家對(duì)更廣闊宇宙的看法。他說(shuō)，米卡斯和他的同事確定的宇宙各向異性最明顯的區(qū)域，與銀河系吸收x射線的氣體和塵埃最厚的地方接壤，這可能不是巧合。

里斯補(bǔ)充說(shuō)，他們聲稱宇宙的奇怪方向正好在我們的盲點(diǎn)上。這聽(tīng)起來(lái)很可疑!

普林斯頓大學(xué)和紐約福萊特研究所的宇宙學(xué)家大衛(wèi)斯珀格爾也懷疑，基于星團(tuán)的測(cè)量方法存在錯(cuò)誤，部分原因是許多其他技術(shù)提供的結(jié)果根本相互矛盾。

他表示，如果這篇論文是正確，那么它非常重要，但不太可能是正確?；谟钪嫖⒉ū尘昂痛蟪叨冉Y(jié)構(gòu)的觀測(cè)，我們對(duì)各向異性有更多更精確的測(cè)試。

這些觀察結(jié)果更簡(jiǎn)單、更清晰，并以多種不同的方式重現(xiàn)。

他說(shuō)，這項(xiàng)新研究提出的各向異性尺度將導(dǎo)致宇宙微波背景的波動(dòng)，其亮度是天文學(xué)家觀測(cè)到的亮度的1000倍。

盡管如此，米卡斯和他的同事們認(rèn)為，決定性地反對(duì)或支持不平衡的宇宙需要對(duì)大規(guī)模宇宙結(jié)構(gòu)進(jìn)行更多、更全面的探索。

他們現(xiàn)在正在宇宙微波背景圖中尋找星系團(tuán)各向異性的進(jìn)一步線索，并試圖用互補(bǔ)的紅外觀測(cè)來(lái)驗(yàn)證他們基于x射線的星系團(tuán)研究。

最終的結(jié)論可能來(lái)自于新的太空望遠(yuǎn)鏡，如德國(guó)和俄羅斯的x射線天文臺(tái)eROSITA，或歐洲航天局即將進(jìn)行的歐幾里德任務(wù)，該任務(wù)將對(duì)整個(gè)天空的星團(tuán)進(jìn)行更深入和更廣泛的調(diào)查。

米卡斯說(shuō):“總的來(lái)說(shuō)，考慮到這對(duì)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)的巨大意義，我們認(rèn)為應(yīng)該有越來(lái)越多的人研究宇宙的各向同性，尋找新的方法和工具來(lái)做這件事?！比绻覀兡芤粍谟酪莸刂劳砥谟钪媸欠窬哂懈飨蛲?，那就太好了。

BY: Lee Billings

FY: 生命動(dòng)力

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