Data baru tentang osilasi akustik baryon memperkuat kasus untuk kekosongan kosmik lokal. Temuan ini menawarkan solusi yang mungkin untuk ketegangan Hubble.
Ketika kita melihat langit malam, itu bisa tampak seolah -olah lingkungan kosmik kita dipenuhi dengan bintang, planet, dan galaksi yang tak terhitung jumlahnya. Namun, para peneliti telah lama mengusulkan bahwa wilayah lokal kami di alam semesta mungkin mengandung galaksi yang jauh lebih sedikit dari yang diharapkan.
Bukti semakin menunjukkan kemungkinan bahwa kita menghuni kekosongan kosmik yang luas, dengan kepadatan materi sekitar 20% lebih rendah dari rata -rata kosmik.
Tidak setiap fisikawan yakin bahwa ini adalah masalahnya. Tetapi makalah kami baru -baru ini menganalisis suara terdistorsi dari alam semesta awal, yang diterbitkan di Pemberitahuan Bulanan Masyarakat Astronomi Kerajaansangat mendukung idenya.
Masalah ketegangan hubble
Kosmologi saat ini dalam krisis yang dikenal sebagai Ketegangan Hubble: Semesta lokal tampaknya berkembang sekitar 10% lebih cepat dari yang diharapkan. Tingkat yang diharapkan diturunkan dengan melakukan pengamatan yang tepat dari alam semesta bayi dan memproyeksikannya ke depan menggunakan kerangka kerja kosmologis standar, yang dikenal sebagai materi gelap Lambda-Cold (λCDM).
Kita dapat memeriksa alam semesta awal dengan detail luar biasa melalui latar belakang microwave kosmik (CMB), radiasi relik yang berasal dari ketika alam semesta sekitar 1.100 kali lebih kecil dari hari ini. Gelombang suara yang melakukan perjalanan melalui panas plasma dari alam semesta awal yang tertinggal daerah bergantian kepadatan yang lebih tinggi dan lebih rendah, dan dengan demikian variasi suhu.
Dengan menganalisis fluktuasi dalam CMB pada berbagai skala, para ilmuwan dapat secara efektif “mendengarkan” gema gelombang suara primordial ini, yang beresonansi paling kuat pada skala karakteristik tertentu.
Osilasi Akustik Baryon sebagai Penguasa Standar
Pola -pola ini diawetkan dalam CMB dan dikenal sebagai osilasi akustik baryon (BAOS). Karena mereka menumbuhkan pembentukan galaksi dan struktur skala besar, pola yang sama juga dapat dideteksi dalam distribusi galaksi saat ini.
Dengan mempelajari bagaimana cluster galaksi pada pergeseran merah yang berbeda (yang sesuai dengan jarak), para peneliti dapat melacak osilasi ini. Satu fitur clustering yang sangat khas, yang disebut “Skala Bao Angular,” berfungsi sebagai penanda kunci.
Fitur ini memberikan apa yang oleh para ahli kosmologi disebut sebagai “penguasa standar,” ukuran yang diketahui yang memungkinkan mereka untuk menentukan jarak di seluruh alam semesta. Dengan mengukur seberapa besar skala ini muncul di langit pada pergeseran merah yang diberikan, para ilmuwan dapat menghitung jarak ke galaksi dan laju ekspansi kosmik.
Menguji hipotesis void
Dengan menggunakan pengukuran ini, ahli kosmologi dapat menentukan tingkat ekspansi dengan trigonometri dan data pergeseran merah. Jika fitur BAO muncul lebih besar pada jarak tertentu, itu menyiratkan bahwa alam semesta lokal berkembang lebih cepat.
Rekan -rekan saya dan saya sebelumnya berpendapat bahwa ketegangan Hubble mungkin karena lokasi kami dalam kekosongan besar. Itu karena jumlah materi yang jarang dalam kekosongan akan secara gravitasi tertarik pada materi yang lebih padat di luarnya, terus mengalir keluar dari kekosongan.
Dalam penelitian sebelumnya, kami menunjukkan bahwa aliran ini akan membuatnya terlihat seperti alam semesta lokal berkembang sekitar 10% lebih cepat dari yang diharapkan. Itu akan menyelesaikan ketegangan hubble.
Tapi kami menginginkan lebih banyak bukti. Dan kita tahu kekosongan lokal akan sedikit mendistorsi hubungan antara skala sudut BAO dan pergeseran merah karena materi yang lebih cepat dalam kekosongan dan efek gravitasi pada cahaya dari luar.
Jadi dalam makalah baru kami, Vasileios Kalaitzidis dan saya berangkat untuk menguji prediksi model Void menggunakan pengukuran BAO yang dikumpulkan selama 20 tahun terakhir. Kami membandingkan hasil kami dengan model tanpa kekosongan di bawah sejarah ekspansi latar belakang yang sama.
Dalam model Void, penguasa BAO harus terlihat lebih besar di langit pada setiap pergeseran merah yang diberikan. Dan kelebihan ini harus menjadi lebih besar pada pergeseran merah rendah (jarak dekat), sesuai dengan ketegangan Hubble.
Bukti kuat untuk kekosongan lokal
Pengamatan mengkonfirmasi prediksi ini. Hasil kami menunjukkan bahwa alam semesta dengan kekosongan lokal sekitar seratus juta kali lebih mungkin daripada kosmos tanpa satu, ketika menggunakan pengukuran BAO dan mengasumsikan alam semesta diperluas sesuai dengan model standar kosmologi yang diinformasikan oleh CMB.
Penelitian kami menunjukkan bahwa model λCDM tanpa kekosongan lokal ada dalam “3,8 tension sigma” dengan pengamatan BAO. Ini berarti kemungkinan alam semesta tanpa kekosongan yang pas dengan data ini setara dengan kepala pendaratan koin yang adil 13 kali berturut -turut. Sebaliknya, peluang data BAO yang mencari seperti yang mereka lakukan dalam model void setara dengan kepala pendaratan koin yang adil hanya dua kali berturut -turut. Singkatnya, model ini cocok dengan data dengan cukup baik.
Di masa depan, akan sangat penting untuk mendapatkan pengukuran BAO yang lebih akurat pada pergeseran merah rendah, di mana penguasa standar BAO terlihat lebih besar di langit – terlebih lagi jika kita berada dalam kekosongan.
Tingkat ekspansi rata -rata sejauh ini mengikuti langsung dari usia alam semesta, yang dapat kita perkirakan dari usia bintang -bintang lama di Bimasakti. Kekosongan lokal tidak akan mempengaruhi usia alam semesta, tetapi beberapa proposal memang mempengaruhi itu. Probe ini dan lainnya akan menjelaskan lebih banyak krisis Hubble dalam kosmologi.
Referensi: “Menguji hipotesis void lokal menggunakan pengukuran osilasi akustik baryon selama 20 tahun terakhir” oleh Indranil Banik dan Vasileios Kalaitzidis, 13 Mei 2025, Pemberitahuan Bulanan Masyarakat Astronomi Kerajaan.
Doi: 10.1093/minras/staf781
Diadaptasi dari artikel yang awalnya diterbitkan dalam percakapan.
Indranil Banik menerima dana dari Royal Society sebagai bagian dari universitas riset beasiswa yang dikelola oleh bosnya Harry Desmond. Penulis kedua di atas kertas adalah Vasileios Kalaitzidis, yang menerima hibah proyek musim panas sarjana dari Royal Astronomical Society untuk melakukan analisis yang dijelaskan di sini.
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
BN Babel
