Lever vi i ett stort tomrum

 

Ett av de största mysterierna inom kosmologin är hastigheten med vilken universum expanderar. Detta kan förutsägas med hjälp av standardmodellen i kosmologi Lambda modellen kall mörk materia (ΛCDM). Modellen bygger på detaljerade observationer av det ljus som blev över efter Big Bang – den så kallade kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB). 

Universums expansion får galaxer att röra sig bort från varandra. Ju längre bort de är från oss desto snabbare ses expansionen ske. Förhållandet mellan en galax hastighet och avstånd till kan förklaras med "Hubbles konstant", som är cirka 43 km per sekund per megaparsec (längdenhet inom astronomin). Men denna standardmodells värde har nyligen ifrågasatts vilket lett till vad forskare kallar "Hubblespänningen". När vi mäter expansionshastigheten med hjälp av närliggande galaxer och supernovor är den 10 % större än baserat på den kosmiska mikrovågsbakgrunden. 

I en ny artikel presenterar forskare vid Oxford university en möjlig förklaring till skillnaden:  baserad på att vi lever i ett gigantiskt tomrum i rymden (ett område med en densitet under genomsnittet). Detta visar de utifrån att detta tomrum kan blåsa upp  oxh mätas i lokala mätningar genom utflöden av materia från tomrummet. Utflöden skulle uppstå när områden med högre densitet som omger ett tomrum drar isär detta – det skulle då utöva en större gravitationskraft på materia än i områden med lägre densitet inuti tomrummet gör.

Resultatet kommer vid en tidpunkt då populära lösningar på Hubblespänningen är ifrågasatta. Vissa tror att vi bara behöver mer exakta mätningar. Andra tror att det går att lösa problemet genom att anta att den höga expansionstakt vi mäter lokalt faktiskt är den rätta. Men det kräver en liten justering av expansionshistoriken i det tidiga universumet för att CMB fortfarande skulle se rätt ut.

Tyvärr visar en granskning fram sju problem med detta tillvägagångssätt. Om universum expanderade 10 procent snabbare under större delen av den kosmiska historien, skulle det också vara omkring 10 procent yngre något som motsäger åldern på de äldsta stjärnorna.

Existensen av ett djupt och utsträckt lokalt tomrum av galaxernas antal och de snabbt observerade flödena tyder starkt på att strukturen växer snabbare än förväntat i CMB på skalor från tiotals till hundratals miljoner ljusår.

Intressant nog vet vi att det massiva galaxklustret ElGordo   ( sju miljarder ljusår bort från oss)  bildades tidigt i den kosmiska historien och har för hög massa och expansionhastighet för att vara kompatibelt med standardmodellen. Detta är ytterligare ett bevis på att strukturer bildas för långsamt i standardmodellen.

Då gravitationen är den dominerande kraften i stora skalor behöver vi med största sannolikhet utvidga Einsteins gravitationsteori (den allmänna relativitetsteorin)  –på skalor som är större än en miljon ljusår.

Vi har dock inget bra sätt att mäta hur gravitation beter sig på mycket stora skalor då det inte finns gravitationsbundna objekt som är så stora nog för detta. Vi kan anta att den allmänna relativitetsteorin fortfarande är giltig och jämföra den med observationer. Men det är just detta tillvägagångssätt som leder till de mycket allvarliga anomalier  som vår i dag bästa kosmologiska modell för närvarande står inför.

För mer av intressant läsning i ämnet se https://theconversation.comhär 

Inlägget är en sammanfattning av en artikel i theconversation.com/ författad av Indranil  Banik Postdoktoral forskare i astrofysik, University of St Andrews

Bild vikipedia på galaxklustret El Gordo som består av två separata galaxhopar som kolliderar i flera miljoner kilometers hastighet.