Alt vi tror vi vet om universets form kan være galt. I stedet for å være flatt som et laken, kan universet vårt være buet, som en massiv, oppblåst ballong, ifølge en ny studie.
Det er resultatet av en ny artikkel publisert i dag (4. november) i tidsskriftet Nature Astronomy, som ser på data fra den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB), det svake ekkoet fra Big Bang. Men ikke alle er overbevist; de nye funnene, basert på data som ble utgitt i 2018, motsier begge års konvensjonell visdom og en annen nylig studie basert på det samme CMB-datasettet.
Hvis universet er buet, i følge det nye papiret, buer det forsiktig. Den sakte bøyingen er ikke viktig for å bevege oss rundt livene våre, solsystemet eller til og med galaksen vår. Men reise utover alt dette, utenfor vårt galaktiske nabolag, langt inn i den dype mørken, og til slutt - når du beveger deg i en rett linje - vil du sløyfe rundt og havne rett tilbake der du startet. Kosmologer kaller denne ideen det "lukkede universet." Det har eksistert en stund, men det stemmer ikke med eksisterende teorier om hvordan universet fungerer. Så det er i stor grad blitt avvist til fordel for et "flatt univers" som strekker seg uten grense i alle retninger og ikke sløyfer rundt seg selv. Nå, en anomali i data fra den best mulig måling av CMB, tilbyr solide (men ikke helt avgjørende) bevis på at universet tross alt er lukket, ifølge forfatterne: University of Manchester kosmolog Eleonora Di Valentino, kosmetolog Sapienza University of Rome Alessandro Melchiorri og Johns Hopkins University kosmolog Joseph Silk.
Forskjellen mellom et lukket og åpent univers er litt som forskjellen mellom et strukket flatt ark og en oppblåst ballong, fortalte Melchiorri til Live Science. I begge tilfeller utvides hele greia. Når arket utvides, beveger hvert punkt seg vekk fra hvert annet punkt i en rett linje. Når ballongen blåses opp, kommer hvert punkt på overflaten lenger bort fra alle andre punkter, men ballongens krumning gjør geometrien til den bevegelsen mer komplisert.
"Dette betyr for eksempel at hvis du har to fotoner og de reiser parallelt i et lukket univers, vil de møtes," sa Melchiorri.
I et åpent, flatt univers ville fotonene, uforstyrret, reise langs sine parallelle baner uten noen gang å samhandle.
Den konvensjonelle modellen for universets inflasjon, sa Melchiorri, antyder at universet skal være flatt. Spol romutvidelsen helt tilbake til begynnelsen, til de første 0,0000000000000000000000001 sekunder etter Big Bang, i følge den modellen, og du vil se et øyeblikk av utrolig eksponentiell ekspansjon når det vokste ut rom fra det uendelige punktet der det begynte. Og fysikken i den super raske utvidelsen peker på et flatt univers. Det er den første grunnen til at de fleste eksperter mener universet er flatt, sa han. Hvis universet ikke er flatt, må du "finjustere" fysikken i den primordiale mekanismen for å få det hele til å passe sammen - og gjøre om utallige andre beregninger i prosessen, sa Melchiorri.
Men det kan komme til å bli nødvendig, skrev forfatterne i den nye studien.
Det er fordi det er en anomali i CMB. CMB er den eldste tingen vi ser i universet, laget av mikrobølgeovn i omgivelsene som gir god plass når du blokkerer stjerner og galakser og annen interferens. Det er en av de viktigste kildene til data om universets historie og oppførsel, fordi det er så gammelt og så spredt over hele rommet. Og det viser seg, ifølge de nyeste dataene, at det er betydelig mer "gravitasjonslinsing" av CMB enn forventet - noe som betyr at tyngdekraften ser ut til å bøye mikrobølgene i CMB mer enn eksisterende fysikk kan forklare.
Dataene teamet trekker frem kommer fra en 2018-utgivelse fra Planck-eksperimentet - et European Space Agency (ESA) eksperiment for å kartlegge CMB mer detaljert enn noen gang før. (De nye dataene vil bli publisert i en kommende utgave av tidsskriftet Astronomy & Astrophysics og er tilgjengelig nå på ESAs nettsted. Både Di Valentino og Melchiorri var også en del av den innsatsen.)
For å forklare den ekstra linsen har Planck Collaboration nettopp lagt på en ekstra variabel, som forskerne kaller "A_lens", til gruppens modell for universets dannelse, "Dette er noe du legger der for hånd, og prøver å forklare hva Du skjønner. Det er ingen forbindelse med fysikk, "sa Melchiorri, noe som betyr at det ikke er noen A_lens-parameter i Einsteins relativitetsteori. "Det vi fant er at du kan forklare A_lens med et positivt buet univers, som er en mye mer fysisk tolkning som du kan forklare med generell relativitet."
Melchiorri påpekte at teamets tolkning ikke er avgjørende. Ifølge gruppens beregninger peker Planck-dataene på et lukket univers med et standardavvik på 3,5 sigma (en statistisk måling som betyr omtrent 99,8% tillit til at resultatet ikke skyldes tilfeldig sjanse). Det er vel kort av de 5 sigma standardfysikere som regel ser etter før en ide bekreftes.
Men noen kosmologer sa at det var enda flere grunner til å være skeptiske.
Andrei Linde, en kosmolog ved Stanford University, fortalte Live Science at papiret Nature Astronomy ikke klarte å ta hensyn til en annen viktig artikkel, publisert i arXiv-databasen 1. oktober. (Dette papiret er ennå ikke publisert i en fagfellevurdert tidsskrift. )
I den artikkelen så University of Cambridge kosmologene George Efstathiou og Steven Gratton, som begge også jobbet med Planck Collaboration, på et smalere underett av data enn Nature Astronomy-papiret. Analysen deres støttet også et buet univers, men med mye mindre statistisk tillit enn Di Valentino, fant Melchiorri og Silk å se på et større segment av Planck-dataene. Men når Efstathiou og Graton så på dataene sammen med to andre eksisterende datasett fra det tidlige universet, fant de imidlertid at bevisene samlet sett pekte mot et flatt univers.
På spørsmål om Efstathiou og Gratton-papiret berømmet Melchiorri den forsiktige behandlingen av arbeidet. Men han sa at duoens analyse er avhengig av et for lite segment av Planck-dataene. Og han påpekte at forskningen deres er basert på en modifisert (og i teorien forbedret) versjon av Planck-dataene - ikke det offentlige datasettet som mer enn 600 fysikere hadde kjent.
Linde pekte på den reanalysen som et tegn på at Efstathiou og Grattons papir var basert på bedre metoder.
Efstathiou ba om ikke å bli direkte sitert, men påpekte i en e-post til Live Science at hvis universet var krummet, ville det reise en rekke problemer - i motsetning til de andre datasettene fra det tidlige universet og gjøre uoverensstemmelser i universets observerte rate av utvidelse mye verre. Gratton sa at han var enig.
Melchiorri var også enig i at modellen med lukket univers ville gi en rekke problemer for fysikk.
"Jeg vil ikke si at jeg tror på et lukket univers," sa han. "Jeg er litt mer nøytral. Jeg vil si, la oss vente på dataene og hva de nye dataene vil si. Det jeg tror er at det er et avvik nå, at vi må være forsiktige og prøve å finne hva som er produserer dette avviket. "
