Ljudstörning från det tidiga universum kan tolkas som att vi finns i ett gigantiskt tomrum

 

Bild https://theconversation.com  Illustration som visar att något fler galaxer bildats längs krusningarna av de ursprungliga ljudvågorna (markerade med blått) än någon annanstans. Sedan sträcktes galaxernas ringar ut i takt med universums expansion. Övriga galaxer är nedtonade i  bilden för att  effekten lättare ska ses. Nasa

Om man ser upp på natthimlen kan det verka som om vårt kosmiska grannskap är fullt av planeter, stjärnor och galaxer. Men forskare har länge föreslagit att det kan finnas mycket färre galaxer i vår kosmiska omgivning än vad man tror.

I själva verket verkar det som om vi lever i ett gigantiskt kosmiskt tomrum med ungefär 20 % lägre densitet än den genomsnittliga densiteten av materia i övriga kosmos.

Alla fysiker är inte övertygade om att så är fallet. Men i en ny artikel i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society beskrivs teorin.

Kosmologin befinner sig i en kris och krisen är Hubbles lag  : då det lokala universumet verkar expandera cirka 10 procent snabbare än väntat. Den förutspådda hastigheten kommer från extrapolering av observationer av det unga universum fram till idag med hjälp av standardmodellen för kosmologi, känd som Lambda-Cold Dark Matter (ΛCDM). 

Vi kan observera det tidiga universum i detalj genom den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB), en relik från det tidiga universum när det var 1 100 gånger mindre än det är idag. Ljudvågor i det tidiga universum skapade slutligen områden med låg och hög densitet och temperaturer.

Genom att studera CMB:s temperaturfluktuationer på olika skalor kan vi i princip "lyssna" på ljudet från det tidiga universum som är särskilt "bullrigt" på vissa skalor. beskriver Banik och tillägger "Mina kollegor och jag har tidigare argumenterat för att spänningen i Hubble-systemet kan bero på att vi befinner oss i ett stort tomrum. Det beror på att den glesa mängden materia i tomrummet skulle attraheras av gravitationen till den tätare materian utanför det, och materia kontinuerligt flödar ut ur tomrummet.

I tidigare forskning har vi (studiens forskare Indranil BaniPostdoktoral forskare i astrofysik, University of Portsmouth, Vasileios Kalaitzidis Scottish Universities Physics Alliance, University of Saint Andrews, North Haugh, Saint Andrews, Fife KY16 9SS, Storbritannien) visat att detta flöde skulle få det att se ut som om det lokala universumet expanderar cirka 10 % snabbare än väntat. Det skulle lösa Hubbles lags motsättning.

Men de ville ha mer bevis. Och vi vet att ett lokalt tomrum skulle förvränga förhållandet mellan BAO-vinkelskalan och rödförskjutningen något på grund av den snabbare rörliga materian i tomrummet och dess gravitations effekt på ljuset utifrån.

Lever vi i ett gigantiskt tomrum? Det skulle kunna lösa gåtan med universums expansion

Så i den nya artikel har Vasileios Kalaitzidis och Indranil försökt testa tomrumsmodellens förutsägelser med hjälp av BAO-mätningar som samlats in under de senaste 20 åren. De jämförde tidigare  resultat med modeller utan tomrum under samma bakgrundsexpansionshistorik.

I den tomma modellen ska BAO-linjalen se större ut på himlen vid varje given rödförskjutning. Och detta överskott borde bli ännu större vid låg rödförskjutning (nära avstånd), i linje med Hubbles lag.

Observationerna bekräftar denna förutsägelse. Våra resultat tyder på att ett universum med ett lokalt tomrum är ungefär hundra miljoner gånger mer sannolikt än ett kosmos utan ett sådant, när man använder BAO-mätningar och antar att universum expanderar enligt standardmodellen för kosmologi som ses av CMB.

Vår forskning visar att ΛCDM-modellen utan något lokalt tomrum befinner sig i "3,8 sigma-spänning" med BAO-observationerna. Detta innebär att sannolikheten för ett universum utan ett tomrum som passar dessa data är mindre sannolik. Kort sagt  modeller som visar tomrum passar insamlad data ganska bra.