Ett av de olösta mysterierna i modern vetenskap är varför universums expansion verkar accelerera. Vissa forskare hävdar att det beror på en teoretisk mörk energi som motverkar dragkraften, medan andra tror att Albert Einsteins lång accepterade gravitationsteori i sig kan behöva modifieras.

När astrofysiker letar efter svar i bergen med data som samlats in från astronomiska observationer, de upptäcker att inkonsekvenser i den informationen i slutändan kan leda till sanningen.

"Det här är som en deckare, där inkonsekventa bevis eller vittnesbörd kan leda till lösning av pusslet, "sade doktor Mustapha Ishak-Boushaki, professor i astrofysik vid School of Natural Sciences and Mathematics vid University of Texas i Dallas.

Ishak-Boushaki och hans doktorand Weikang Lin har utvecklat ett nytt matematiskt verktyg som identifierar och kvantifierar inkonsekvenser i kosmologiska data som samlats in av olika vetenskapliga uppdrag och experiment. Deras resultat kan belysa den kosmiska accelerationskonfrontationen och ha en betydande inverkan på vår förståelse av universum.

Deras senaste forskning, publicerades i oktober förra året i tidskriften Fysisk granskning D , presenterades den 4 juni vid ett möte i American Astronomical Society i Denver.

"De inkonsekvenser vi har funnit måste lösas när vi går mot en mer exakt och exakt kosmologi, "Ishak-Boushaki sa." Konsekvenserna av dessa avvikelser är att antingen några av våra nuvarande datamängder har systematiska fel som måste identifieras och tas bort, eller att den underliggande kosmologiska modellen vi använder är ofullständig eller har problem. "

Ett modelluniversum

Astrofysiker använder en standardmodell för kosmologi för att beskriva historien, universums utveckling och struktur. Från denna modell, de kan beräkna universums ålder eller hur snabbt det expanderar. Modellen innehåller ekvationer som beskriver universums slutliga öde - om det kommer att fortsätta expandera, eller så småningom bromsa dess expansion på grund av gravitation och kollaps på sig själv i en stor knas.

Det finns flera variabler - kallade kosmologiska parametrar - inbäddade i modellens ekvationer. Numeriska värden för parametrarna bestäms utifrån observationer och inkluderar faktorer som hur snabbt galaxer rör sig bort från varandra och materialets densitet, energi och strålning i universum.

Men det är ett problem med dessa parametrar. Deras värden beräknas med hjälp av datamängder från många olika experiment, och ibland stämmer inte värderingarna. Resultatet:systematiska fel i datamängder eller osäkerhet i standardmodellen.

"Vår forskning tittar på värdet av dessa parametrar, hur de bestäms från olika experiment, och om det finns enighet om värdena, "Sade Ishak-Boushaki.

Nytt verktyg hittar inkonsekvenser

UT Dallas -teamet utvecklade en ny åtgärd, kallade indexet för inkonsekvens, eller IOI, som ger ett numeriskt värde till graden av överensstämmelse mellan två eller flera datamängder. Jämförelser med en IOI större än 1 anses inkonsekventa. De med en IOI över 5 rankas som starkt inkonsekventa.

Till exempel, forskarna använde sin IOI för att jämföra fem olika tekniker för att bestämma Hubble -parametern, vilket är relaterat till den hastighet med vilken universum expanderar. En av dessa tekniker - kallad lokal mätning - bygger på att mäta avstånden till relativt närliggande exploderande stjärnor som kallas supernovaer. De andra teknikerna förlitar sig på observationer av olika fenomen på mycket större avstånd.

"Vi fann att det finns en överenskommelse mellan fyra av fem av dessa metoder, men Hubble -parametern från lokal mätning av supernovor är inte överens. Det är som en outlier, "Ishak-Boushaki sa." I synnerhet det finns en tydlig spänning mellan den lokala mätningen och den från Planck -vetenskapliga uppdraget, som kännetecknade den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen. "

För att komplicera saker, flera metoder har använts för att bestämma att lokal mätning, och alla producerade ett liknande Hubble -värde, fortfarande oenig med Planck och andra resultat.

"Varför sticker denna lokala mätning av Hubble -parametern ut i en väsentlig oenighet med Planck?" Frågade Ishak-Boushaki.

Han och Lin tillämpade också sitt IOI-verktyg på fem uppsättningar observationsdata relaterade till universums storskaliga struktur. De kosmologiska parametrarna som beräknades med dessa fem datamängder var mycket oense, både individuellt och kollektivt, med parametrar som bestäms av observationer från Planck.

"Det här är mycket spännande. Detta säger oss att universum på de största observerbara skalorna kan bete sig annorlunda än universum på mellanliggande eller lokala skalor, "Ishak-Boushaki sa." Detta får oss att ifrågasätta om Albert Einsteins gravitationsteori är giltig hela vägen från små skalor till mycket stora skalor i universum. "

UT Dallas -forskarna har gjort sitt IOI -verktyg tillgängligt för andra forskare att använda. Ishak-Boushaki sa Dark Energy Science Collaboration, del av projektet Large Synoptic Survey Telescope, kommer att använda verktyget för att leta efter inkonsekvenser mellan datamängder.

"Dessa inkonsekvenser börjar visa sig mer nu eftersom våra observationer har utvecklats till en precision där vi kan se dem, "sade Ishak-Boushaki, som publicerade sin första uppsats om inkonsekvenserna 2005. "Vi behöver de rätta värdena för dessa kosmologiska parametrar eftersom det har viktiga konsekvenser för vår förståelse av universum."