Den här bilden gjord av en sammansättning av foton från september 2003–januari 2004 tagna av NASA/ESA rymdteleskop Hubble visar nästan 10 000 galaxer i den djupaste bilden av synligt ljus av kosmos, som skär över miljarder ljusår. Kredit:NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), HUDF Team
Forskare som studerar kosmos har en favoritfilosofi känd som "medelmåttighetsprincipen", som i huvudsak antyder att det egentligen inte finns något speciellt med jorden, solen eller Vintergatans galax jämfört med resten av universum.
Nu lägger ny forskning från CU Boulder ytterligare ett bevis till fallet för medelmåttighet:Galaxer är i genomsnitt i vila med avseende på det tidiga universum. Jeremy Darling, professor i astrofysik från CU Boulder, publicerade nyligen detta nya kosmologiska fynd i The Astrophysical Journal Letters .
"Vad den här forskningen säger oss är att vi har en rolig rörelse, men den roliga rörelsen stämmer överens med allt vi vet om universum - det är inget speciellt som händer här," sa Darling. "Vi är inte speciella som en galax eller som observatörer."
För ungefär 35 år sedan upptäckte forskare den kosmiska mikrovågsbakgrunden, som är elektromagnetisk strålning som blivit över från universums bildning under Big Bang. Den kosmiska mikrovågsbakgrunden verkar varmare i vår rörelseriktning och svalare bort från vår rörelseriktning.
Från detta sken från det tidiga universum kan forskare dra slutsatsen att solen – och jorden som kretsar runt den – rör sig i en viss riktning, med en viss hastighet. Forskare finner att vår antagna hastighet är en bråkdel av en procent av ljusets hastighet – liten, men inte noll.
Forskare kan självständigt testa denna slutsats genom att räkna galaxerna som är synliga från jorden eller lägga till deras ljusstyrka. De kan göra detta till stor del tack vare Albert Einsteins 1905-teori om speciell relativitet, som förklarar hur hastighet påverkar tid och rum. I den här applikationen ska en person på jorden som tittar ut i universum i en riktning – i samma riktning som solen och jorden rör sig – se galaxer som är ljusare, blåare och mer koncentrerade. På samma sätt, genom att titta åt andra hållet, bör personen se galaxer som är mörkare, rödare och längre ifrån varandra.
Men när forskare har försökt räkna galaxer de senaste åren – en process som är svår att göra exakt – har de kommit fram till siffror som tyder på att solen rör sig mycket snabbare än man tidigare trott, vilket strider mot standard kosmologi.
"Det är svårt att räkna galaxer över hela himlen - du är vanligtvis fast med en halvklot eller mindre," sa Darling. "Och utöver det kommer vår egen galax i vägen. Den har damm som gör att du hittar färre galaxer och kommer att få dem att se mörkare ut när du kommer närmare vår galax."
Darling var fascinerad och förvirrad av detta kosmologiska pussel, så han bestämde sig för att undersöka själv. Han visste också att det fanns två nyligen släppta undersökningar som kunde hjälpa till att förbättra noggrannheten hos en galaxräkning – och kasta ljus över hastighetsmysteriet:den ena kallas Very Large Array Sky Survey (VLASS) i New Mexico, och den andra kallas Rapid Australian Square Kilometer Array Pathfinder Continuum Survey (RACS) i Australien.
Tillsammans gjorde dessa undersökningar det möjligt för Darling att studera hela himlen genom att lappa ihop vyer från norra och södra halvklotet. Viktigt är att de nya undersökningarna också använde radiovågor, vilket gjorde det lättare att "se" genom dammet från Vintergatan, vilket förbättrade utsikten över universum.
När Darling analyserade undersökningarna fann han att antalet galaxer och deras ljusstyrka stämde perfekt överens med hastighetsforskarna tidigare hade slutsatsen från den kosmiska mikrovågsbakgrunden.
"Vi hittar en ljus riktning och en svag riktning - vi hittar en riktning där det finns fler galaxer och en riktning där det finns färre galaxer," sa han. "Den stora skillnaden är att den stämmer överens med det tidiga universum från den kosmiska mikrovågsbakgrunden och den har rätt hastighet. Vår kosmologi är bara bra."
Eftersom Darlings resultat skiljer sig från tidigare resultat, kommer hans uppsats sannolikt att leda till olika uppföljningsstudier för att bekräfta eller ifrågasätta hans resultat.
Men förutom att driva kosmologiområdet framåt är fynden ett bra verkligt exempel på Einsteins speciella relativitetsteori – och de visar hur forskare fortfarande omsätter teorin i praktiken, mer än 100 år efter att den berömda fysikern först föreslog den .
"Jag älskar tanken att denna grundläggande princip som Einstein berättade om för länge sedan är något du kan se," sa Darling. "Det är en riktigt esoterisk sak som verkar superkonstig, men om du går ut och räknar galaxer kan du se den här snygga effekten. Den är inte riktigt så esoterisk eller konstig som du kan tro." + Utforska vidare
