引人注目的新研究令人怀疑的宇宙学基本原理

蓝色区域的扩展速度比预期的慢，黄色区域的扩展速度更快。在各向同性中，图像将是单色红色。

波恩和哈佛大学的研究引起了人们对宇宙基本假设的怀疑。

不管我们在哪里看，相同的规则都适用于太空中的每一个地方：无数的天体物理学计算都基于此基本原理。但是，波恩和哈佛大学最近的一项研究使这一原则受到质疑。如果测量值得到确认，这将使有关宇宙性质的许多假设落空。结果发表在《天文学与天体物理学》杂志上，但已经在线提供。

自从大爆炸以来，宇宙像膨胀的葡萄干卷一样膨胀，放在温暖的地方升起。直到最近，人们才认为这种尺寸的增加在各个方向上都是均匀发生的，就像好的酵母面团一样。天体物理学家称此为“各向同性”。关于宇宙基本性质的许多计算都基于这种假设。由于对波恩和哈佛大学的科学家进行了令人信服的观察和分析，因此它们全都可能是错误的，或者至少是不准确的。

作者在银河座标中分析了313个星团的天空分布。以钱德拉望远镜观察到的四个星系团为例。

因为他们首次使用一种新方法对各向同性假设进行了检验，该新方法可以提供比以前更可靠的陈述。结果出乎意料：按照这种方法，空间中的某些区域扩展得比预期的快，而其他区域的扩展则比预期的慢。“无论如何，我们的测量结果都表明了这一结论，”波恩大学阿尔杰兰德天文学研究所的康斯坦丁诺斯·米格卡斯（Konstantinos Migkas）说。

Migkas和他的同事们在他们的研究中开发了一种新的，有效的各向同性测试。它基于对所谓的星系簇的观察-从某种意义上说，就是酵母面包中的葡萄干。这些星团发出可以收集到地球上的X射线辐射（在这种情况下，这是由基于卫星的望远镜Chandra和XMM-Newton完成的）。可以基于辐射的某些特征来计算星系团的温度。同样，可以测量它们的亮度。它们越热，它们发出的光越亮。

在各向同性的宇宙中，有一个简单的规则适用。天体离我们越远，它离开我们的速度就越快。因此，无论物体位于哪个方向，我们都可以从其速度推断出它与我们的距离。至少到现在为止我们都是这样想的。“但是，实际上，我们的亮度测量似乎与上述距离计算不一致，” Migkas强调。

这是因为到达地球的光量随着距离的增加而减少。因此，任何知道天体原始光度及其距离的人都知道其在望远镜图像中应发光的亮度。正是在这一点上，科学家们遇到了难以与各向同性假说调和的差异：某些星系团比预期的要模糊得多。它们与地球的距离可能远大于根据其速度计算出的距离。然而，对于另一些人，情况恰恰相反。

Migkas说：“对此只有三种可能的解释。”他在Argelander研究所的Thomas Reiprich博士的研究小组中攻读博士学位。“首先，我们测量的X射线辐射可能会在从星系团到地球的途中被衰减。这可能是由于银河内部或外部尚未发现的气体或尘埃云。但是，在初步测试中，我们发现测量和理论之间不仅在X射线中而且在其他波长处也存在差异。任何种类的物质星云都不可能以相同的方式吸收完全不同类型的辐射。但是我们肯定要几个月才能知道。”

第二种可能性是所谓的“大量流动”。这些是沿某个方向连续移动的相邻星系团组，例如，由于空间中的某些结构会产生强大的引力。因此，它们将吸引星系团自身，从而改变它们的速度（并因此改变它们的派生距离）。Migkas解释说：“这种影响还意味着，对当地宇宙性质的许多计算将是不精确的，必须重复进行。”

第三种可能性是最严重的：如果宇宙根本不是各向同性的怎么办？如果用隐喻的方式讲，如果银河葡萄干卷中的酵母分布不均而在某些地方迅速膨大而在其他地区则几乎不生长怎么办？例如，这种各向异性可能是由神秘的“暗能量”的特性引起的，它是宇宙膨胀的额外驱动力。但是，仍然缺少使暗能量的行为与观测一致的理论。“如果我们成功地发展了这样一种理论，它将极大地加快对这种能量形式的确切性质的搜索，”米格卡斯确信。

当前的研究基于来自800多个银河星团的数据，作者对其中的300个进行了分析。其余的簇来自以前发表的研究。单单对X射线数据的分析就非常艰巨，以至于花费了几个月的时间。新的基于卫星的eROSITA X射线望远镜有望在未来几年内再记录数千个星系团。最迟到那时，是否真的必须放弃各向同性假说就变得很清楚了。

参考：K. Migkas，G。Schellenberger，TH Reiprich，F。Pacaud，ME Ramos-Ceja和L. Lovisari于2020年4月8日提出的“通过LX-T比例关系用新的X射线星系团样本探测宇宙各向同性”，天文学与天体物理学
10.1051/0004-6361/201936602