Forskare har länge observerat en uppenbar gradient i den kosmiska mikrovågsbakgrunden men har inte kunnat avgöra hur mycket som är verkligt och hur mycket som uppfattas. USC Dornsife-forskare verkar ha hittat ett sätt till ett svar.

observerad från jorden, universum verkar lite hetare i ena änden än den andra, åtminstone när det gäller den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB). Men frågan som plågar kosmologer är om den obalansen i CMB är verklig eller ett resultat av Dopplereffekten.

USC Dornsife-forskarna Siavash Yasini och Elena Pierpaoli kan ha hittat ett sätt att spika ett svar.

Gjorde kanske mest känd av Edwin Hubble, som använde det för att visa att universum expanderar, Dopplereffekten är den uppenbara förändringen i frekvensen av elektromagnetiska vågor på grund av rörelsen hos kroppar som färdas snabbt genom rymden. Vågor som elektromagnetisk strålning – ljusvågor, röntgenstrålar, mikrovågor, etc. – verkar skifta i energi, med de som rör sig mot en observatör som verkar ha högre energi, eller varmare, än de egentligen är. Motsatsen är sant för vågor som rör sig bort från observatören, som ser kallare ut.

Forskare som tittar på himlen ser rymden som släpar efter jorden verkar kallare än rymden framför, men det är inte klart om det bara är Dopplereffekten eller en observation av en verklig skillnad i CMB-temperatur. Det är ett pussel som har hållit i sig i decennier.

Eftersom CMB är överbliven energi från Big Bang - när hela universum exploderade utåt från en enda punkt - har kosmologer antagit att den är jämnt spridd. Uppkomsten av två poler i universum, den ena varmare än den andra, måste därför vara ett resultat av Dopplereffekten, ett resultat av att solsystemet rör sig genom rymden.

"Vi tycker att en sida av CMB bara ser hetare ut eftersom vi rör oss mot den, och den motsatta sidan ser kallare ut eftersom vi går bort från den, sa Yasini, en Ph.D. student i fysik och astronomi.

Astrofysiker som mäter solsystemets hastighet i förhållande till CMB justerar sina beräkningar baserat på detta antagande, liksom kosmologer som studerar Big Bang och förhållandena kort därefter.

Men det här kan trots allt vara ett misstag.

"Om det finns en inneboende dipol i CMB-det vill säga, om en sida av himlen faktiskt är delvis varmare än den motsatta sidan - den hastighet vi tilldelar solsystemet med avseende på CMB skulle vara felaktig, " sa Yasini. Detta skulle påverka hur forskare mäter hastigheten på avlägsna objekt som galaxer, och teorier om vad som hände ögonblick efter Big Bang kunde skakas.

Köra beräkningar för en annan men relaterad studie, Yasini och professor i fysik och astronomi Pierpaoli, vem är Yasinis forskarskola mentor, hittade en intressant detalj:Frekvensspektrumet för CMB i medeltal över himlen kommer att skilja sig om dipolen är verklig och inte bara ett resultat av Dopplereffekten.

Med andra ord, om CMB är, faktiskt, varmare i ena änden av universum än den andra, medeltemperaturen mätt över hela himlen kommer att vara något annorlunda än om CMB faktiskt är enhetlig.

Yasini och Pierpaolis fynd kommer att göra det möjligt för kosmologer som genomför nästa generations CMB-undersökningar för att för första gången någonsin fastställa CMB-dipolens natur. lösa pusslet.

"Nu när vi har en matematisk grund för att hitta ett svar, det återstår bara att göra observationer, sa Pierpaoli.

Om det visar sig att en del av dipolen är verklig och inte bara ett resultat av dopplereffekten, astrofysiker och astronomer kommer att behöva omkalibrera alla sina mätningar för att få en mer exakt bild av det observerbara universum.

Lika viktigt, kosmologer som studerar Big Bang och förhållandena i det mycket tidiga universum kommer att ha nya riktningar att utforska för att förstå hur och varför CMB är ojämnt spridd, och hur universum blev som det är nu.