En analys av mer än 200, 000 spiralgalaxer har avslöjat oväntade kopplingar mellan galaxernas spinnriktningar, och strukturen som bildas av dessa länkar kan tyda på att det tidiga universum kunde ha snurrat, enligt en studie från Kansas State University.

Lior Shamir, en K-State beräkningsastronom och datavetare, presenterade fynden vid det 236:e mötet i American Astronomical Society i juni 2020. Fynden är betydelsefulla eftersom observationerna står i konflikt med några tidigare antaganden om universums storskaliga struktur.

Sedan Edwin Hubbles tid, astronomer har trott att universum blåser upp utan någon speciell riktning och att galaxerna i det är distribuerade utan någon speciell kosmologisk struktur. Men Shamirs senaste observationer av geometriska mönster på mer än 200, 000 spiralgalaxer tyder på att universum kunde ha en definierad struktur och att det tidiga universum kunde ha snurrat. Mönster i fördelningen av dessa galaxer tyder på att spiralgalaxer i olika delar av universum, åtskilda av både rum och tid, är relaterade genom riktningarna mot vilka de snurrar, enligt studien.

"Datavetenskap inom astronomi har inte bara gjort astronomiforskningen mer kostnadseffektiv, men det tillåter oss också att observera universum på ett helt annat sätt, sa Shamir, också en K-State docent i datavetenskap. "Det geometriska mönstret som uppvisas av spiralgalaxernas distribution är tydligt, men kan bara observeras när man analyserar ett mycket stort antal astronomiska objekt."

En spiralgalax är ett unikt astronomiskt objekt eftersom dess visuella utseende beror på observatörens perspektiv. Till exempel, en spiralgalax som snurrar medurs när den observeras från jorden, verkar snurra moturs när observatören befinner sig på motsatt sida av den galaxen. Om universum är isotropiskt och inte har någon speciell struktur – som tidigare astronomer har förutspått – skulle antalet galaxer som snurrar medurs vara ungefär lika med antalet galaxer som snurrar moturs. Shamir använde data från moderna teleskop för att visa att så inte är fallet.

Med traditionella teleskop, Att räkna galaxer i universum är en skrämmande uppgift. Men moderna robotteleskop som Sloan Digital Sky Survey, eller SDSS, och Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, eller Pan-STARRS, kan avbilda många miljoner galaxer automatiskt när de övervakar himlen. Maskinseende kan sedan sortera miljontals galaxer efter deras rotationsriktning mycket snabbare än någon person eller grupp av människor.

När man jämför antalet galaxer med olika spinnriktningar, antalet galaxer som snurrar medurs är inte lika med antalet galaxer som snurrar moturs. Skillnaden är liten, drygt 2 %, men med det stora antalet galaxer, det finns en sannolikhet på mindre än 1 till 4 miljarder att ha sådan asymmetri av en slump, enligt Shamirs forskning.

Mönstren spänner över mer än 4 miljarder ljusår, men asymmetrin i det intervallet är inte enhetlig. Studien fann att asymmetrin blir högre när galaxerna är längre bort från jorden, vilket visar att det tidiga universum var mer konsekvent och mindre kaotiskt än det nuvarande universum.

Men mönstren visar inte bara att universum inte är symmetriskt, men också att asymmetrin förändras i olika delar av universum, och skillnaderna uppvisar ett unikt mönster av multipoler.

"Om universum har en axel, det är inte en enkel axel som en karusell, "Samir Shamir. "Det är en komplex inriktning av flera axlar som också har en viss drift."

Begreppet kosmologiska multipoler är inte nytt. Tidigare rymdbaserade observatorier – som Cosmic Background Explorer, eller COBE, satellit; Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, eller WMAP-uppdrag; och Planck-observatoriet - visade att den kosmiska mikrovågsbakgrunden, som är elektromagnetisk strålning från det mycket tidiga universum, uppvisar också flera stolpar. Men mätningen av den kosmiska mikrovågsbakgrunden är känslig för kontaminering i förgrunden – såsom blockeringen av Vintergatan – och kan inte visa hur dessa poler förändrades över tiden. Asymmetrin mellan spinnriktningarna hos spiralgalaxer är ett mått som inte är känsligt för obstruktion. Det som kan hindra galaxer som snurrar i en riktning i ett visst fält kommer med nödvändighet också att hindra galaxer som snurrar på motsatt sätt.

"Det finns inget fel eller förorening som kan visa sig genom sådana unika, komplexa och konsekventa mönster, "Samir Shamir. "Vi har två olika himmelundersökningar som visar exakt samma mönster, även när galaxerna är helt olika. Det finns inget fel som kan leda till det. Det här är universum vi lever i. Det här är vårt hem."