Ny forskning tyder på en osynlig "spegelvärld" av partiklar som interagerar med vår värld endast via gravitation som kan vara nyckeln till att lösa ett stort pussel inom kosmologin idag - Hubbles konstanta problem.

Hubble-konstanten är universums expansionshastighet idag. Förutsägelser för denna hastighet - från kosmologins standardmodell - är betydligt långsammare än den hastighet som hittas av våra mest exakta lokala mätningar. Denna diskrepans är en som många kosmologer har försökt lösa genom att ändra vår nuvarande kosmologiska modell. Utmaningen är att göra det utan att förstöra överensstämmelsen mellan standardmodellförutsägelser och många andra kosmologiska fenomen, som den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Att avgöra om ett sådant kosmologiskt scenario existerar är frågan som forskare, inklusive Francis-Yan Cyr-Racine, biträdande professor vid institutionen för fysik och astronomi vid University of New Mexico, Fei Ge och Lloyd Knox vid University of California, Davis har har försökt svara.

Enligt NASA är kosmologi den vetenskapliga studien av de storskaliga egenskaperna hos universum som helhet. Kosmologer studerar begrepp som mörk materia och mörk energi och om det finns ett universum eller många, ibland kallat ett multiversum. Kosmologi omfattar hela universum från födsel till död med mysterier och intriger vid varje tur.

Nu har Cyr-Racine, Ge och Knox upptäckt en tidigare obemärkt matematisk egenskap hos kosmologiska modeller som i princip kan möjliggöra en snabbare expansionshastighet samtidigt som de knappast ändrar de mest exakt testade andra förutsägelserna av den standardiserade kosmologiska modellen. De fann att en enhetlig skalning av gravitationshastigheterna för fritt fall och foton-elektronspridningshastigheten lämnar de flesta dimensionslösa kosmologiska observerbara ämnen nästan oföränderliga.

"I grund och botten påpekar vi att många av de observationer vi gör inom kosmologin har en inneboende symmetri under omskalning av universum som helhet. Detta kan ge ett sätt att förstå varför det verkar finnas en diskrepans mellan olika mätningar av universums expansionshastighet. ."

Forskningen, med titeln "Symmetry of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector, and the Hubble Constant", publicerades nyligen i Physical Review Letters .

Detta resultat öppnar ett nytt tillvägagångssätt för att förena kosmisk mikrovågsbakgrund och storskaliga strukturobservationer med höga värden på Hubble-konstanten H0:Hitta en kosmologisk modell där skalningstransformationen kan realiseras utan att bryta mot några mätningar av kvantiteter som inte skyddas av symmetrin. Detta arbete har öppnat en ny väg mot att lösa det som har visat sig vara ett utmanande problem. Ytterligare modellbygge kan ge överensstämmelse med de två begränsningar som ännu inte är uppfyllda:de antagna primordiala förekomsterna av deuterium och helium.

Om universum på något sätt utnyttjar denna symmetri leder forskarna till en extremt intressant slutsats:att det finns ett spegeluniversum som är väldigt likt vårt men osynligt för oss förutom genom gravitationspåverkan på vår värld. En sådan mörk sektor i "spegelvärlden" skulle möjliggöra en effektiv skalning av gravitationshastigheterna för fritt fall samtidigt som man respekterar den exakt uppmätta genomsnittliga fotondensiteten idag.

"I praktiken kunde denna skalningssymmetri bara realiseras genom att inkludera en spegelvärld i modellen - ett parallellt universum med nya partiklar som alla är kopior av kända partiklar", säger Cyr-Racine. "Idén om spegelvärlden uppstod först på 1990-talet men har inte tidigare erkänts som en potentiell lösning på Hubbles konstanta problem.

"Det här kan verka galet till nominellt värde, men sådana spegelvärldar har en stor fysiklitteratur i ett helt annat sammanhang eftersom de kan hjälpa till att lösa viktiga problem inom partikelfysik", förklarar Cyr-Racine. "Vårt arbete tillåter oss att för första gången koppla denna stora litteratur till ett viktigt problem inom kosmologi."

Förutom att söka efter saknade ingredienser i vår nuvarande kosmologiska modell, undrar forskare också om denna konstanta avvikelse från Hubble delvis kan orsakas av mätfel. Även om det fortfarande är en möjlighet är det viktigt att notera att avvikelsen har blivit mer och mer betydande eftersom data av högre kvalitet har inkluderats i analyserna, vilket tyder på att det inte är något fel på uppgifterna.

"Det gick från två och en halv Sigma, till tre och tre och en halv till fyra Sigma. Vid det här laget är vi ganska mycket på fem-Sigma-nivån," sa Cyr-Racine. "Det är nyckeltalet som gör det här till ett verkligt problem eftersom du har två mätningar av samma sak, som om du har en konsekvent bild av universum bara borde vara helt överensstämmande med varandra, men de skiljer sig mycket statistiskt signifikant. "

"Det är premissen här och vi har funderat på vad som kan orsaka det och varför är dessa mätningar avvikande? Så det är ett stort problem för kosmologin. Vi verkar helt enkelt inte förstå vad universum gör idag." + Utforska vidare

Undersöker det accelererande universum