אַסטרוֹנוֹמִיָה

האם כל הגלקסיות באשכול הגלקסיות חייבות להיות באותו קצב התפשטות?

האם כל הגלקסיות באשכול הגלקסיות חייבות להיות באותו קצב התפשטות?

אם נצפה באשכול גלקסיות רחוק בו כל הגלקסיות נעות באותה מהירות מאיתנו, למעט גלקסיה אחת שמהירותה נמוכה משמעותית מהגלקסיות הסמוכות. האם זה בהכרח סותר את עקרון התפשטות היקום?


ייתכן שהיקום לא מתרחב באותה צורה לכל הכיוונים, כך עולה ממחקר חדש של Nasa ו- ESA, שמאתגר את הרעיון הבסיסי של הקוסמולוגיה.

יתכן שהיקום שלנו לא מתרחב באותה מהירות לכל הכיוונים, על פי מחקר חדש, המאתגר את אחד הרעיונות הבסיסיים שלנו לגבי היקום.

ההנחה כי היקום הוא איזוטרופי - או זהה לכל הכיוונים - ביססה את שאר הבנתנו לאן הגיע הקוסמוס ולאן הוא עשוי להגיע. החוקרים כמעט בטוחים שלפחות בתחילתו, היקום התרחב באופן אחיד.

אך הנחה זו עשויה להיות שגויה, לפחות ביקום של ימינו, על פי מחקר חדש ששימש נתונים מ- Nasa וממצפי הסוכנות החלל האירופית. חוקרים שהשתמשו במידע זה גילו כי חלקי היקום השונים מתרחבים למעשה בקצב שונה, כאשר מקבצי גלקסיות באזורים שונים בשמיים מתנהגים אחרת.

ההבנה הרגילה שלנו את היקום מרמזת שלאחר המפץ הגדול, היקום החל להתרחב לכל הכיוונים, כשגלקסיות ואשכולות גלקסיות מתרחקים זה מזה על פני הקוסמוס. המחקר החדש מצביע על כך שאולי זה לא המקרה, כאשר שיעור זה למעשה משתנה בהתאם למקום שנראה.

"בהתבסס על תצפיות האשכול שלנו יכול להיות שמצאנו הבדלים באיזו מהירות היקום מתרחב, תלוי באיזו דרך הסתכלנו", אמר המחבר המשותף חריט שלנברגר מהמרכז לאסטרופיזיקה בהרווארד-סמית'סוניאן. "זה היה סותר את אחת ההנחות הבסיסיות ביותר שאנו משתמשים בקוסמולוגיה כיום."

מוּמלָץ

חוקרים ניסו זה מכבר למצוא תשובה מוחלטת האם היקום אכן זהה לכל הכיוונים. הם ניסו למדוד אותו במגוון שיטות שונות, כולל הסתכלות על גלקסיות דרך אינפרא אדום וצפייה בכוכבים מפוצצים, אך שום דבר לא הוכיח את ההכרעה והתוצאות נתנו אינדיקציות לשני הכיוונים.

כדי למצוא את המדידות שלהם במחקר החדש, החוקרים השתמשו בטכניקה חדשה כדי לנסות למדוד את התפשטות היקום. הם בחנו יותר מ -800 אשכולות גלקסיה באמצעות הטכניקה החדשה, בניסיון להבין בדיוק באיזה קצב הם מתרחבים.

ראשית, הם חישבו את כמות צילומי הרנטגן שמקבץ אשכול גלקסיות נתון, באופן הנותן מענה קבוע ללא תלות בשינויים כגון מהירות התפשטות היקום. טאהט הסתמך על הקשר בין הטמפרטורה של הגז החם באשכול גלקסיות לבין כמות צילומי הרנטגן, או זוהר הרנטגן שלו.

שנית, הם עיבדו את בהירות הרנטגן בשיטה אחרת שנשענה למעשה על מהירות התפשטות היקום. המספרים הללו הראו שמהירות ההתרחבות לא הייתה אחידה למעשה, וכי היקום מתרחק מאיתנו במהירויות שונות בחלקים שונים.

זו לא הפעם הראשונה שחוקרים מוצאים עדויות להתרחבות ה אחידה של היקום, אך יתכן והיא זו שמראה אותה בצורה משכנעת יותר מכל האחרים.

"זו תוצאה מרתקת מאוד", אמר נורברט שרטל, מדען פרויקטים במצפה ה- XMM-Newton של ESA, שסייע לתרום לגילוי. "מחקרים קודמים העלו כי היקום הנוכחי אולי לא יתרחב באופן שווה לכל הכיוונים, אך לתוצאה זו - הפעם הראשונה שבוצעה בדיקה כזו עם צבירי גלקסיות בצילומי רנטגן - ישנה משמעות גדולה בהרבה, וחושפת גם משמעות רבה פוטנציאל לחקירות עתידיות. "

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

1/10 עשור פורץ דרך של נאס"א לחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

נאסא / JPL / אוניברסיטת אריזונה

העשור פורץ הדרך של נאס"א וחקר החלל: בתמונות

אחד ההסברים לגילוי יוצא דופן זה הוא שהתפשטות היקום עשויה להיות אחידה, אך חלק מהגלקסיות נשלפות על ידי משהו אחר, כמו כוח המשיכה של צבירי גלקסיה אחרים. אך יתכן וזה לא סביר בהתחשב בכך שמדענים מצפים שהתפשטות היקום תהיה הגורם המכריע העיקרי למהירות זו.

אם זה לא המקרה, המחקר מציע שהיקום אינו למעשה איזוטרופי, וכי הוא שונה בכיוונים שונים. אנרגיה אפלה, למשל, יכולה להיות מופצת אחרת ברחבי היקום ועלולה לגרום לתוצאות יוצאות דופן.

חוקרים תיארו את התפשטות היקום כמו כיכר לחם צימוקים שהוכנס לתנור: כשהוא מתבשל, הוא מתרחב, והצימוקים המייצגים את הגלקסיות מתרחקים זה מזה. אם הלחם מעורבב באופן שווה, ההרחבה תהיה אחידה, אך התוצאות האחרונות מראות כי עשוי להיות מרכיב מתעלם בבצק.

"זה יהיה כמו אם השמרים בלחם לא מעורבבים באופן שווה, מה שגורם לו להתרחב מהר יותר במקומות מסוימים מאשר במקומות אחרים", אמר המחבר המשותף תומאס רייפריך, גם הוא מאוניברסיטת בון. "זה יהיה מדהים אם יימצאו אנרגיה אפלה בעלת עוצמות שונות באזורים שונים ביקום. עם זאת, יהיה צורך בראיות רבות יותר בכדי לשלול הסברים אחרים ולהעלות מקרה משכנע."

המחקר פורסם במהדורה האחרונה של כתב העת Astronomy and Astrophysics וניתן לקרוא אותו באופן מקוון.


יתכן שהיקום לא מתרחב באותו קצב בכל מקום

דף זה כבר מצא חן בעיניך, אתה יכול לחבב אותו רק פעם אחת!

אסטרונומים הניחו במשך עשרות שנים כי היקום מתרחב באותו קצב לכל הכיוונים. מחקר חדש שהתבסס על נתונים מ- XMM-Newton של ESA, Chandra של נאס"א וממצפי הרנטגן בראשות הגרמנית ROSAT מציע כי הנחת יסוד מרכזית זו של הקוסמולוגיה עשויה להיות שגויה.

אנימציה זו מתחילה בשמיים כפי שנצפה בלוויין גאיה של ESA, הממפה יותר ממיליארד כוכבים בגלקסיה שלנו, שביל החלב. השמיים מוצגים במערכת הקואורדינטות הגלקטית, עם מרכז שביל החלב במרכז המפה, ומישור הגלקסיה - שם שוכנים מרבית כוכביו - מכוון אופקית על פני המפה.

הרבה יותר רחוק, האנימציה מציגה מאות צבירי גלקסיות, שהם המבנים הגדולים ביותר ביקום המחוברים בכוח המשיכה, הכוללים מאות גלקסיות כל אחת ואף כמויות גדולות יותר של גז חם וחומר אפל בלתי נראה. מדגם הצביר הגלקסי ששימש במחקר זה נבחר כדי להימנע מהאזור הסמוך למישור הגלקטי, כאשר הצפיפות הגדולה של כוכבי חזית וגז חוסמת את נוף האשכולות ברקע.

האסטרונומים מדדו את טמפרטורות הרנטגן של מאות צבירי גלקסיה על פני השמים והשוו אותה לבהירות האשכולות. בעוד שהם צפויים כי אשכולות באותה טמפרטורה וממוקמים במרחק דומה יראו בהירים באותה מידה, הם הבחינו כי אשכולות נוטים להיות בהירים פחות מהצפוי בכיוון אחד של השמיים מאשר בכל האחרים.

לבסוף, האנימציה מציגה מפה של קצב התפשטות היקום המשוער בכיוונים שונים על פני השמים, בהתבסס על נתוני צביר הגלקסיות. קצב התפשטות היקום, המצוין במונחים של קבוע האבל כביכול, מוצג בצבעים שונים, כאשר גוונים סגולים מעידים על קצב איטי יותר וגוונים כתומים / צהובים מצביעים על קצב מהיר יותר.

הכיוון בשמיים בו צבירי הגלקסיה נראו בהירים פחות מיוצג על ידי האזור המוצג בסגול במפה זו. אם תאושר, התוצאה עלולה לערער את השערת האיזוטרופיה, המניחה כי ליקום יש אותן תכונות בכל כיוון בקנה מידה גדול. השפעה לא אחידה זו על ההתרחבות הקוסמית עשויה להיגרם על ידי האנרגיה האפלה המסתורית.


ESA Science & amp Technology - מחשבה מחודשת על קוסמולוגיה: יתכן והרחבת היקום אינה אחידה

אסטרונומים הניחו במשך עשרות שנים כי היקום מתרחב באותו קצב לכל הכיוונים. מחקר חדש שהתבסס על נתונים מ- XMM-Newton של ESA, Chandra של נאס"א וממצפי הרנטגן בראשות הגרמנית ROSAT מציע כי הנחת יסוד מרכזית זו של הקוסמולוגיה עשויה להיות שגויה.

התפשטות קוסמית נמדדת על פני השמים. קרדיט: ק. מיגקה ואח '. 2020 - CC BY-SA 3.0 IGO

קונסטנטינוס מיגקס, חוקר דוקטורט באסטרונומיה ואסטרופיזיקה באוניברסיטת בון, גרמניה, והממונה עליו, תומס רייפריך, יצאו במקור לאמת שיטה חדשה שתאפשר לאסטרונומים לבדוק את השערת איזוטרופיה כביכול. על פי הנחה זו, ליקום, למרות הבדלים מקומיים מסוימים, אותם מאפיינים לכל כיוון בקנה מידה גדול.

ההשערה נתמכה על ידי תצפיות על רקע המיקרוגל הקוסמי (CMB). שריד ישיר למפץ הגדול, ה- CMB משקף את מצב היקום כפי שהיה בחיתוליו, בגיל 380,000 בלבד. ההתפלגות האחידה של ה- CMB בשמיים מעידה על כך שבימים הראשונים ההם ודאי התרחב במהירות ובאותו קצב לכל הכיוונים.

אולם ביקום של ימינו, יתכן שזה כבר לא נכון.

"יחד עם עמיתים מאוניברסיטת בון ומאוניברסיטת הרווארד, בחנו את התנהגותם של למעלה מ -800 אשכולות גלקסיה ביקום הנוכחי,"אומר קונסטנטינוס."אם השערת האיזוטרופיה הייתה נכונה, מאפייני האשכולות יהיו אחידים על פני השמים. אך למעשה ראינו הבדלים משמעותיים."

האסטרונומים השתמשו במדידות טמפרטורת רנטגן של הגז החם ביותר השולט באשכולות והשוו את הנתונים עד כמה האשכולות מופיעים בשמים. אשכולות של אותה טמפרטורה וממוקמים במרחק דומה צריכים להיראות בהירים באותה מידה. אבל זה לא מה שהאסטרונומים הבחינו.

"ראינו כי אשכולות עם אותם תכונות, עם טמפרטורות דומות, נראו פחות בהירים ממה שהיינו מצפים לכיוון אחד של השמיים, ובהירים מהצפוי בכיוון אחר,"אומר תומאס."ההבדל היה משמעותי למדי, בסביבות 30 אחוזים. הבדלים אלה אינם אקראיים אך הם בעלי דפוס ברור בהתאם לכיוון בו צפינו בשמיים."

לפני שקראו תיגר על המודל הקוסמולוגי המקובל, המספק את הבסיס לאמידת מרחקי האשכול, קונסטנטינוס ועמיתיו בדקו תחילה הסברים אפשריים אחרים. אולי יתכנו ענני גז או אבק בלתי מזוהים שמסתירים את הנוף וגורמים לאשכולות באזור מסוים להיראות עמומים יותר. הנתונים, לעומת זאת, אינם תומכים בתרחיש זה.

באזורים מסוימים בחלל התפלגות האשכולות עלולה להיות מושפעת מזרימות בתפזורת, תנועות גדולות של חומר הנגרמות כתוצאה ממשיכת הכבידה של מבנים מאסיביים במיוחד כמו קבוצות אשכול גדולות. אולם השערה זו נראית בלתי סבירה. קונסטנטינוס מוסיף כי הממצאים הפתיעו את הצוות.

"אם היקום הוא באמת אניזוטרופי, ולו רק במיליארדי השנים האחרונות, פירוש הדבר יהיה שינוי פרדיגמה עצום מכיוון שנצטרך לקחת בחשבון את הכיוון של כל אובייקט כאשר אנו מנתחים את תכונותיהם," הוא אומר. "לדוגמא, כיום אנו מעריכים את מרחקם של עצמים רחוקים מאוד ביקום על ידי יישום קבוצה של פרמטרים ומשוואות קוסמולוגיות. אנו מאמינים כי הפרמטרים הללו זהים בכל מקום. אך אם מסקנותינו נכונות מכך לא היה הדבר ונצטרך לבחון מחדש את כל מסקנותינו הקודמות."

"זו תוצאה מרתקת מאוד,"מעיר נורברט שרטל, מדען פרויקט XMM-Newton ב- ESA."מחקרים קודמים העלו כי היקום הנוכחי אולי לא יתרחב באופן שווה לכל הכיוונים, אך לתוצאה זו - הפעם הראשונה שבוצעה בדיקה כזו עם צבירי גלקסיות בצילומי רנטגן - ישנה משמעות גדולה בהרבה, וחושפת גם פוטנציאל גדול. לחקירות עתידיות."

המדענים משערים כי השפעה לא אחידה זו על ההתרחבות הקוסמית עשויה להיגרם על ידי אנרגיה אפלה, המרכיב המסתורי של הקוסמוס המהווה את הרוב - כ -69% - מהאנרגיה הכוללת שלה. מעט מאוד ידוע על אנרגיה אפלה כיום, אלא שנראה שהיא מאיצה את התפשטות היקום במיליארדי השנים האחרונות.

הטלסקופ הקרוב של ESA, אוקליד, שנועד לדמות מיליארדי גלקסיות ולבחון את התרחבות הקוסמוס, את האצתו ואת אופי האנרגיה האפלה, עשוי לסייע בפתרון תעלומה זו בעתיד.

"הממצאים באמת מעניינים, אך המדגם שנכלל במחקר עדיין קטן יחסית כדי להסיק מסקנות כה עמוקות,"אומר רנה לאוריס, מדען פרויקטים אוקלידים ב- ESA."זה הכי טוב שאפשר לעשות עם הנתונים הזמינים, אבל אם באמת נחשוב מחדש את המודל הקוסמולוגי המקובל, היינו זקוקים לנתונים נוספים."

ואוקליד עשוי לעשות בדיוק את זה. החללית, שתושק בשנת 2022, עשויה לא רק למצוא הוכחות לכך שאנרגיה אפלה באמת מותחת את היקום בצורה לא אחידה לכיוונים שונים, אלא גם תאפשר למדענים לאסוף נתונים נוספים על המאפיינים של כמות גדולה של צבירי גלקסיות, שעשויים להיות לתמוך או להפריך את הממצאים הנוכחיים.

נתונים נוספים יגיעו בקרוב גם ממכשיר הרנטגן eROSITA, שנבנה על ידי מכון מקס פלאנק לפיזיקה מחוץ לכדור הארץ. המכשיר, על סיפונה של הלוויין הגרמני-רוסי ששוגר לאחרונה Spektr-RG, יערוך את סקר כל השמיים בצילומי רנטגן באנרגיה בינונית, ומתמקד בגילוי של עשרות אלפי אשכולות גלקסיה שלא היו ידועים בעבר ומרכזים גלקטיים פעילים.

עוד מידע

למידע נוסף אנא צרו קשר עם:

קונסטנטינוס מיגקס
מכון ארגלנדר לאסטרונומיה
אוניברסיטת בון, גרמניה
דוא"ל: kmigkasastro.uni-bonn.de

תומאס רייפריץ '
מכון ארגלנדר לאסטרונומיה
אוניברסיטת בון, גרמניה
דוא"ל: reiprichastro.uni-bonn.de

נורברט שרטל
מדען פרוייקט XMM-Newton
סוכנות החלל האירופית
דוא"ל: נורברט. שרטלesa.int

קשרי מדיה של ESA
דוא"ל: מדיהesa.int


אסטרונומים מבחינים באשכולות גלקסיות ביקום המוקדם

מאת: גוברט שילינג 26 בינואר 2021 0

קבל מאמרים כאלה לתיבת הדואר הנכנס שלך

אסטרונומים גילו מקבץ גלקסיות שמתאגד 770 מיליון שנה בלבד אחרי המפץ הגדול.

התרשמות אמן מפרוטוקלסטר ביקום התינוקות.
ESO / M. Kornmesser

היווצרותם ההדרגתית של צבירי גלקסיות ענקיים הייתה בעיצומה כאשר היה היקום בן 770 מיליון שנה, רק 5.5% מגילו הנוכחי. בעידן המוקדם הזה - ובהתאם למרחק קיצוני - אסטרונומים גילו מוארך פרוטוקלסטר, המורכב משתי מערכות קטנות יותר של גלקסיות שככל הנראה יתמזגו לכדי אחת.

על פי צוות הגילוי, הממצא מספק מעבדה טבעית ייחודית לבדיקת תהליך הריון מחדש של היקום המוקדם. "זו תוצאה מסודרת ויפה", מעיר יוב רטגרינג (מצפה הכוכבים בליידן, הולנד).

אשכולות הגלקסיה של ימינו מכילים מאות חברים בודדים. עם זאת, הם התחילו לפני מיליארדי שנים כצפיפות יתר קלה בהפצת הגלקסיות. LAGER-z7OD1, כשמו כן מכונה הפרוטוקולטר החדש שהתגלה, מכיל 21 גלקסיות בשטח של 26.4 על 12 קשת דקות בלבד. כולם נמצאים בערך באותו מרחק מכדור הארץ, והם ארוזים יחד חזק פי חמישה מהאופייני לגלקסיות במרחקים דומים. התגלית פורסמה ב- 25 בינואר בשנת טבע אסטרונומיה.

ויידה הו (אוניברסיטת מדע וטכנולוגיה בסין) ועמיתיו לעבודה מצאו את הפרוטוקלסטר בנתונים ממצלמת האנרגיה האפלה על טלסקופ הבלאנקו באורך 4 מטרים במצפה הכוכבים הבין אמריקאי סרו טולולו בצ'ילה. באמצעות פילטר צר אינפרא אדום כמעט, הם הבחינו בגלקסיות צעירות על ידי המימן המיונן שלהם, מה שמייצר קו ספקטרלי המכונה Lyman-alpha. אורך גל אולטרה סגול זה עובר מחדש לאורכי גל ארוכים יותר כשהוא עובר ביקום המתרחב, כך שהוא נמצא ברצועה הקרובה לאינפרא אדום עד שאסטרונומים רואים אותו.

מדידות ספקטרוסקופיות עם טלסקופי המגלן התאומים בגודל 6.5 מטר בלאס קמפאנאס אישרו את המרחק הקיצוני (המקביל לשינוי אדום של 6.93) במשך 16 גלקסיות. הו ועמיתיו מצפים מ- LAGER-z7OD1 להתפתח לאשכול מסיבי שגודלו כ -100 מיליון שנות אור לרוחבו ועם כמעט פי שניים מהמסה של אשכול התרדמה הסמוך.

אסטרונומים חושבים שגלקסיות צעירות זוהרות כמו אלה הן מקור הקרינה העיקרי שמינון מחדש גז מימן ניטרלי ברחבי היקום המוקדם. 770 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול, תהליך האיחוד הזה חייב היה להסתיים במידה רבה. ואכן, הוא ומשתפי הפעולה שלו מצפים שבועות הגז המיונן המקיפות כל גלקסיה בודדת ב- LAGER-z7OD1 חייב להיות בתהליך מיזוג לבועה ענקית אחת המקיפה את האשכול. (אגב, LAGER מייצג גלקסיות לימן-אלפא בעידן הריוניזציה.)

במבט לאחור עוד יותר, אסטרונומים יראו פליטת לימן-אלפא של גלקסיות מוסטה מחדש כל הדרך לטווח האינפרא אדום באמצע, מעבר להישג ידם של טלסקופים קרקעיים. לשם נכנסים טלסקופים מבוססי חלל. "טלסקופ החלל של ג'יימס ווב אמור להיות מסוגל לזהות גלקסיות להסטות אדומות של 15", אומר רוטגרינג, "ועשוי לגלות פרוטוקולטרים מוקדמים בהסטות אדומות של 10 עד 13." הטלסקופ, שיושק בהמשך השנה, יספק לאסטרונומים מידע נוסף על מקורות הקרינה המייננת ביקום המוקדם.

בינתיים, תצפיות רדיו על ידי מכשירים כמו LOFAR (מערך בתדרים נמוכים) באירופה והחלק העתידי בתדר הנמוך של מערך הקילומטרים המרובים באוסטרליה, יחשפו את התפלגות בועות הגז המיוננות על השמיים וצמיחתן עם הזמן. רטגרינג אומר, "בעוד עשר שנים תהיה לנו הבנה הרבה יותר טובה של עידן הריוניזציה."


הַפתָעָה! קצב התפשטות היקום עשוי להשתנות ממקום למקום

התוצאות החדשות מערערות על עיקרון בסיסי בקוסמולוגיה המודרנית.

יתכן שהיקום לא זהה לכל כיוון בכל זאת.

קצב ההתרחבות של היקום נראה כי משתנה ממקום למקום, כך מדווח מחקר חדש. ממצא זה, אם יאושר, יאלץ אסטרונומים להעריך מחדש עד כמה הם מבינים את הקוסמוס.

"אחד מעמודי התווך של הקוסמולוגיה - חקר ההיסטוריה וגורל היקום כולו - הוא שהיקום הוא 'איזוטרופי', כלומר אותו הדבר לכל הכיוונים", כתב המחבר הראשי קונסטנטינוס מיגקס, מאוניברסיטת בון בגרמניה. , נאמר בהצהרה. "העבודה שלנו מראה שייתכן שיש סדקים בעמוד הזה."

מאז ומתמיד היקום מתרחב ברציפות במשך יותר מ -13.8 מיליארד שנה המפץ הגדול - ובקצב מואץ, הודות לכוח מסתורי הנקרא אנרגיה אפלה. משוואות המבוססות על תורת היחסות הכללית של איינשטיין מצביעות על כך שהתפשטות זו איזוטרופית במאזניים מרחביים גדולים, כתב Migkas ביום שלישי (7 באפריל) פוסט בבלוג על המחקר החדש.

תצפיות של רקע מיקרוגל קוסמי (CMB), הקרינה השוררת ביקום שנותרה מהמפץ הגדול, תומכת ברעיון זה, הוא הוסיף: "נראה כי ה- CMB הוא איזוטרופי, וקוסמולוגים מחשיבים את המאפיין הזה של היקום המוקדם מאוד לתקופה הנוכחית שלנו, כמעט 14 מיליארד שנה. יותר מאוחר."

אך לא ברור עד כמה אקסטפולציה זו תקפה, הדגיש וציין זאת אנרגיה שחורה היה הגורם הדומיננטי בהתפתחות היקום בארבעת מיליארד השנים האחרונות בערך. האופי המדהים של האנרגיה האפלה עדיין לא איפשר לאסטרופיזיקאים להבין את זה כראוי, כתב מיגקס. "לכן, בהנחה שהיא איזוטרופית היא כמעט קפיצת אמונה לעת עתה. זה מדגיש את הצורך הדחוף לחקור אם היקום של ימינו הוא איזוטרופי או לא."

המחקר החדש מדווח על תוצאות חקירה אחת כזו. מיגקס ועמיתיו למדו 842 אשכולות גלקסיה, המבנים הגדולים ביותר הקשורים לכוח המשיכה ביקום, תוך שימוש בנתונים שנאספו על ידי שלושה טלסקופי חלל: מצפה הרנטגן של צ'נדרה של נאס"א, ה- XMM-Newton של אירופה והלוויין המתקדם לקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה, יפנית-ארה"ב משותפת. משימה שהסתיימה בשנת 2001.

החוקרים קבעו את הטמפרטורה של כל אשכול על ידי ניתוח פליטות הרנטגן המגיעות משדות ענק של גז חם בתוכם. הם השתמשו במידע טמפרטורה זה כדי להעריך את בהירות הרנטגן הטבועה בכל אשכול, מבלי להזדקק לקחת בחשבון משתנים קוסמולוגיים כמו קצב התפשטות היקום.

לאחר מכן החוקרים חישבו את בהירות הרנטגן עבור כל אשכול בצורה שונה, כזו שדורשת ידע על התפשטות היקום. בכך חשפו שיעורי התרחבות לכאורה בכל השמים - ושיעורים אלה לא התאימו לכל מקום.

"הצלחנו להצביע על אזור שנראה כי הוא מתרחב לאט יותר משאר היקום, ואחד שנראה כי הוא מתרחב מהר יותר!" כתב מיגקה בפוסט בבלוג. "מעניין שהתוצאות שלנו מסכימות עם כמה לימודים קודמים שהשתמשו בשיטות אחרות, בהבדל שזיהינו את 'האניסוטרופיה' הזו בשמיים עם ביטחון גבוה בהרבה ושימוש באובייקטים המכסים את כל השמים בצורה אחידה יותר. "

יתכן שלתוצאה זו יש הסבר פרוזאי יחסית. לדוגמא, אולי אשכולות גלקסיה באזורים החריגים נמשכים בכוח משיכה קשה על ידי אשכולות אחרים, מה שגורם לאשליה של קצב התפשטות שונה.

החוקרים אמרו כי השפעות כאלה נראות בקנה מידה קטן יותר של המרחב ביקום. אך המחקר החדש בודק אשכולות המרוחקים מרחק של עד חמישה מיליארד שנות אור, ולא ברור אם משיכות כוח המשיכה יכולות להכריע את כוחות ההתרחבות למרחקים כה גדולים, הוסיפו.

אם ההבדלים בקצב ההתרחבות שנצפו אכן אמיתיים, הם עלולים לחשוף פרטים חדשים ומסקרנים על אופן פעולתו של היקום. למשל, אולי האנרגיה האפלה עצמה משתנה ממקום למקום ברחבי הקוסמוס.

"זה יהיה מדהים אם נמצא כי לאנרגיה אפלה יש נקודות חוזק שונות באזורים שונים ביקום", אמר מחבר המחקר, תומאס רייפריץ ', גם הוא מאוניברסיטת בון, באותה הצהרה. "עם זאת, יהיה צורך בראיות רבות יותר בכדי לשלול הסברים אחרים ולהעלות מקרה משכנע."

המחקר החדש מופיע בגיליון אפריל 2020 של כתב העת Astronomy and Astrophysics. תוכלו לקרוא אותו בחינם באתר ההדפסה המקוונת המקוונת arXiv.org.

לזמן מוגבל תוכלו להוציא מנוי דיגיטלי לכל אחד ממגזינים המדעיים הנמכרים ביותר תמורת 2.38 דולר לחודש בלבד, או 45% הנחה מהמחיר הרגיל לשלושת החודשים הראשונים.

הצטרפו לפורומי החלל שלנו כדי להמשיך ולדבר במשימות האחרונות, בשמי הלילה ועוד! ואם יש לך טיפ חדשות, תיקון או תגובה, יידע אותנו בכתובת: [email protected]

סוגים אלה של אניסוטרופיות במערכי נתונים מבודדים דווחו פעמים רבות, והקוסמולוגיה האחידה של LCDM שרדה. הסיבה העיקרית היא שסינתזות נתונים משולבות כמו קבוצת פלאנק מסירות או מקלות עליהם.

אמנם נכון טכנית כי בדיקת הנתונים רחוקה יותר, אך הנתונים העיקריים הם מקומיים ביותר, ורדיוס גליטר 1 (z & lt 0.1). זה בעיקר & 10% אי אחידות ופחות מהמשמעות הדרושה של 5 סיגמות בכך. הם יוסיפו נתונים נוספים, אשר ככל הנראה יעבירו את החללית גם החוצה, וזה יהיה מעניין.

אני חושב שהמחלקה לקוסמולוגיה זקוקה לבדיקת * עובדה * לגבי רבות מהטענות המוצגות לרוב לציבור :) הנה דיווח נוסף על קצב בעיית התרחבות זו, מחשבה מחדש על הקוסמולוגיה: ייתכן שהרחבת היקום אינה אחידה (עדכון). "אסטרונומים הניחו במשך עשרות שנים שהיקום מתרחב באותה קצב לכל הכיוונים. מחקר חדש שהתבסס על נתונים מ- XMM-Newton של ESA, Chandra של נאס"א וממצפי הרנטגן בראשות הגרמנית מצביע על הנחת יסוד מרכזית זו של הקוסמולוגיה. טועה. מקובל באופן נרחב כתוצאה מפיזיקה בסיסית מבוססת היטב, ההשערה נתמכה על ידי תצפיות על רקע המיקרוגל הקוסמי (CMB). שריד ישיר של המפץ הגדול, ה- CMB משקף את מצב היקום כפי שהיה בחיתוליו, בגיל 380,000 בלבד. ההתפלגות האחידה של CMB בשמיים מרמזת שבימים הראשונים ההם ודאי היקום התרחב במהירות ובאותו קצב לכל הכיוונים. אולם ביקום, יתכן שזה כבר לא נכון. "יחד עם עמיתים מאוניברסיטת בון ומאוניברסיטת הרווארד, בדקנו את התנהגותם של למעלה מ -800 אשכולות גלקסיה ביקום הנוכחי", אומר קונסטנטינוס. "אם השערת האיזוטרופיה הייתה נכונה, מאפייני האשכולות יהיו אחידים על פני השמים. אבל ראינו למעשה הבדלים משמעותיים."

שים לב, מקור ה- CMB וההסטה האדומה המשמשים להסברת התפתחות כדור האש הקוסמי שיצר את היקום, הטמפרטורה האחידה או כמעט האחידה שנצפתה ב- CMBR מתפרשת כמשמעותה * ודאי התרחבה במהירות ובאותה קצב לכל הכיוונים. אולם ביקום של ימינו, יתכן שזה כבר לא נכון. "

מה? זה אמור להעלות כאן שאלות לגבי קצב ההתרחבות השונה המשמש בקוסמולוגיה ואופן אישורם של קצב ההתרחבות השונה. אחידות ה- CMBR כיום נחשבת לתזוזה אדומה כאשר z = 1000 ומעלה בהתבסס על קצב התפשטות וגודל היקום. עם זאת, גלקסיות עם העברות אדומות גבוהות הן מדידות ספקטרליות, ההסטה האדומה של CMBR אינה, זו אקסטרפולציה תלויה בקצב ההתפשטות, נראה שזה שונה כעת. זה לא זהה לספקטרום המתקבל לגלקסיות גבוהות של הסטה אדומה, אלא פרשנות תלויה במודל עבור ההחלפה האדומה או z. לדוגמא, 'מאפיין את הסביבה סביב הגלקסיה הידועה ביותר', https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019hst..prop15977O/abstract, "גילוי הגלקסיה המאוד זוהרת GN-z11 רק 400 Myr אחרי המפץ הגדול בשדה GOODS-North עם הסטה אדומה ספקטרוסקופית HST של z = 11.1 +/- 0.1 מציג חידה אמיתית למדעי היקום המוקדמים. גילויו מעלה שאלות משמעותיות לגבי הבנתנו את היווצרות הגלקסיה המוקדמת ... "

אני מציין כאן הבדל. *הסטה אדומה ספקטרוסקופית* לעומת הפירוש תלוי המודל של הטמפרטורה המקורית כ 3000K לעומת קרוב ל- 3K כיום עבור CMBR שבו z = 1000 ומעלה.

הדו"ח האחרון על קצב ההתרחבות שפורסם, כעת אנו קוראים כי קצב ההתרחבות המשמש לחישוב מספר z עבור השינוי האדום של CMBR, יתכן שקצב ההרחבה אינו אחיד ומשתנה. נראה ש- z = 1000 ומעלה לא יאושר, בוודאי שלא אושר באמצעות אותה שיטה כמו GN-z11 redshift.

נתון 1000+ לשינוי אדום מבוסס בחלקו על פיזיקה מבוססת, ובחלקו על הפרדיגמה של BB. "

קצב ההתרחבות המשמש לחישוב ההסטה האדומה מ- * משטח הפיזור האחרון * שונה כעת או שנמדד כיום שונה ביקום מזה שמשמש במודל BB. הסטה אדומה של CMBR עשויה להיות פחות או אפילו יותר או אולי ללא שינוי אדום להתפתחות כדור האש הקוסמי :)

אתה יודע רוד, בחדר המתקנים של המחלקה לקוסמולוגיה יש לוח חצים עם התמונה שלך. שמעתי שהוא משמש לעתים קרובות למדי!

אני לא זוכר אף אחד מהפוסטים האלה שהזכיר את האנרגיה האפלה (DE) - כנראה לא נדרש מנקודת המבט של הדיון. נראה ש- DE, אשר "הומצא" כדי להסביר את הגדלת קצב ההתרחבות, יצטרך להיות אסימטרי בתפוצתו אם פרשנות חדשה זו נכונה. אני חושד שזו הסיבה שזה מציע שהשערת ה- DE ו / או ה- BB כולו זקוקה להערכה מחודשת. אחרי הכל, הקוסמולוגיה של BB מבוססת על סימטריה בכל ההיבטים, אלא אם כן אני טועה. כמובן שתמיד יכולה להיות צורה אחרת של חומר / אנרגיה שאיננו מודעים אליה, או שטרם המצאנו, שעליה מונחת הרחבה, מה שמקנה א-סימטריה (אם הסיפור הזה מדויק).

באחד המעטים המעטים שקראתי אי פעם, מתוך המאמר:

הטבע המדהים של "האנרגיה האפלה" עדיין לא איפשר לאסטרופיזיקאים להבין את זה כראוי ", כתב מיגקס." לכן, בהנחה שהוא איזוטרופי זו כמעט קפיצת אמונה לעת עתה. זה מדגיש את הצורך הדחוף לחקור אם היקום של ימינו הוא איזוטרופי או לא. ""

בהנחה שהוא אמיתי, כל דבר מלבד DE איזוטרופי יצטרך קפיצת מדרגה באמונה, מכיוון שהוא נחשב לחלק הגדול ביותר באנרגיית ההמונים של היקום. אם זה לא איזוטרופי, למישהו יש הסבר רציני מאוד לעשות, או כך לפחות נראה לי.

רק תיזהר ממוט. לוח החצים נותן לו רק יותר תחמושת להתקפות נגד. קח אותם.

האם אני נשמע כמו דמנציה בשלב מוקדם, או שהפיזיקה מתערבלת בגלל עומס יתר על הנתונים?

נראה כי קצב התפשטות היקום משתנה ממקום למקום, כך מדווח מחקר חדש. ממצא זה, אם יאושר, יאלץ אסטרונומים להעריך מחדש עד כמה הם מבינים את הקוסמוס.

הַפתָעָה! קצב התפשטות היקום עשוי להשתנות ממקום למקום: קרא עוד

כמובן שההתרחבות איננה איזוטרופית מכיוון שהבסיס התיאורטי שלה - היחסות של איינשטיין שגויה. ראשית, אין לקרוא לזה התפשטות של "היקום", אלא התרחבות החלק הגלוי של היקום מכיוון שלעולם לא נוכל לטעון דבר על היקום כולו שמוגדר כאוסף של כל דבר ללא גבולות.

שנית, תורת היחסות של איינשטיין כבר הוכחה הן תיאורטית והן ניסויית (ראה https://www.researchgate.net/publication/297527784_Challenge_to_the_Special_Theory_of_Relativity). העדויות הניסוייות הידועות ביותר הן שזמן ה- GPS הוא מוחלט מכיוון שכל השעונים האטומיים על לווייני ה- GPS מסונכרנים כדי להראות את אותו זמן מוחלט ביחס לכל מסגרות הייחוס (קרקע, כל לווין וכו '), ואילו תורת היחסות המיוחדת מספרת לנו. הזמן הוא יחסי ושעונים לעולם לא יכולים להיות מסונכרנים ביחס ליותר ממסגרת ייחוס אינרציאלית אחת. לכן הזמן הוא מוחלט ללא התחלה וסוף, וללא תלות במרחב התלת מימדי שאין לו גבולות. זה לא הגיוני לדבר על עידן היקום. לכל היותר נוכל לדבר רק על הזמן מתחילת ההתפשטות הנוכחית של החלק הגלוי ביקום.

Thirdly, the visible part of the universe is a collection of celestial objects (galaxies, clusters of galaxies, etc) which seem in a process of periodical cycles of implosion driven by gravitation and explosion driven by the pressure of aether. It seems that we are currently in the accelerating expansion stage of an explosion. Just like the explosion of a bomb, the expansion of the visible part of the universe should never be isotropic.

Of course, the expansion is not isotropic because its theoretical base - Einstein's relativity is wrong. Firstly, it should not be called the expansion of "the universe", but the expansion of the visible part of the universe because we can never claim anything about the entire universe which is defined as the collection of everything without boundaries.

Secondly, Einstein's relativity has already been disproved both theoretically and experimentally (see https://www.researchgate.net/publication/297527784_Challenge_to_the_Special_Theory_of_Relativity ). The most well-known experimental evidence is that the time of GPS is absolute because all atomic clocks on the GPS satellites are synchronized to show the same absolute time relative to all reference frames (ground, each satellite, etc), while special relativity tells us that time is relative and clocks can never be synchronized relative to more than one inertial reference frame. Therefore, time is absolute without beginning and end, and independent of the three dimensional space which does not have boundaries. It is non-sense to talk about the age of the universe. At most, we can only talk about the time from the beginning of the current expansion of the visible part of the universe.

Thirdly, the visible part of the universe is a collection of celestial objects (galaxies, clusters of galaxies, etc) which seem in a process of periodical cycles of implosion driven by gravitation and explosion driven by the pressure of aether. It seems that we are currently in the accelerating expansion stage of an explosion. Just like the explosion of a bomb, the expansion of the visible part of the universe should never be isotropic.

"After a Lorentz transformation from a moving inertial reference frame to a stationary inertial reference frame, the time in the moving frame is dilated by a factor γ , but the frequency of a clock in the moving frame decreases by the same factor γ , leaving the resulting product (i.e., the time displayed by the moving clock) unchanged. " - this is describing the same effect, even if they were independent they'd be additive, not offsetting.

GPS times are compensated for relativity http://www.astronomy.ohio-state.edu/

pogge/Ast162/Unit5/gps.htmlAs well as other factors https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4570298/

I think the cosmology department needs a *fact* check for many of the claims commonly presented to the public :) Here is another report on this rate of expansion problem, Rethinking cosmology: Universe expansion may not be uniform (Update) The report stated, "Astronomers have assumed for decades that the Universe is expanding at the same rate in all directions. A new study based on data from ESA's XMM-Newton, NASA's Chandra and the German-led ROSAT X-ray observatories suggests this key premise of cosmology might be wrong. Widely accepted as a consequence of well-established fundamental physics, the hypothesis has been supported by observations of the cosmic microwave background (CMB). A direct remnant of the Big Bang, the CMB reflects the state of the Universe as it was in its infancy, at only 380 000 years of age. The CMB's uniform distribution in the sky suggests that in those early days the Universe must have been expanding rapidly and at the same rate in all directions. In today's Universe, however, this may no longer be true. "Together with colleagues from the University of Bonn and Harvard University, we looked at the behaviour of over 800 galaxy clusters in the present Universe," says Konstantinos. "If the isotropy hypothesis was correct, the properties of the clusters would be uniform across the sky. But we actually saw significant differences."

Note, the origin of the CMB and redshift used to explain the evolution of the cosmic fireball that created the universe, the uniform or nearly uniform temperature observed in the CMBR today is interpreted to mean *must have been expanding rapidly and at the same rate in all directions. In today's Universe, however, this may no longer be true."

What? This should raise questions here about the various rates of expansion used in cosmology and how these different expansion rates are confirmed. The CMBR uniformity today is considered to represent a redshift where z=1000 or more based upon the expansion rate and size of the universe. However, galaxies with high redshifts are spectral measurements, the CMBR redshift is not, it is an extrapolation dependent on the rate of expansion, this seems to be different now. This is not the same as spectra obtained for high redshift galaxies, but a model dependent interpretation for the redshift or z. For example, ‘Characterizing the Environment Around The Most Distant Known Galaxy’, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019hst..prop15977O/abstract, “The discovery of the very luminous galaxy GN-z11 at only 400 Myr after the Big Bang in the GOODS-North field with an HST grism spectroscopic redshift of z=11.1+/-0.1 presents a real puzzle for early Universe science. Its detection raises significant questions about our understanding of early galaxy formation…”

I note a difference here. *spectroscopic redshift* vs. the model dependent interpretation of original temperature some 3000K vs. near 3K today for the CMBR where z=1000 or more.

The latest report on expansion rate published, now we read that the rate of expansion used to calculate the z number for the CMBR redshift, the expansion rate may not be uniform and changed. Seems like z=1000 or more may not be confirmed, certainly not confirmed using the same method as GN-z11 redshift.

1000, it is based on the plasma black body temperature then (T

3,000 K) and the CMB black body temperature now (T

3 K) - the photons in the spectra have been stretched a factor 1,000 during their travel due to the universe having expanded that much. It is done by observing spectra, even if they have no spectroscopic lines. (But technically the many antenna filters in the Planck observatory did a spectroscopic decomposition, so again, your terminological mileage may vary.)

In any case, this result will most likely be met with the same shrug I gave it. Maybe the tension will be over 5 sigma when they go another round of data collection, maybe not. Maybe they can integrate more data and be more convincing, maybe not. Maybe a 10 % nonuniformity is problematic, maybe not. (I don't think they studied that.)

You know rod, the Department of Cosmology's rec room has a dart board, with your picture on it. Have heard it is used quite frequently!

I don't recall any of these posts mentioning Dark Energy (DE) - probably not required from the debate perspective. It would seem that DE, which was "invented" to explain increasing in expansion rate, would have to be asymmetric in its distribution if this new interpretation is correct. I suspect this is why it suggests that the hypothesis of DE and/or the entire BB needs re-evaluation. After all, BB cosmology is based on symmetry in all aspects, unless I am mistaken. Of course there could always be some other form of matter/energy we are unaware of, or have not yet invented, on which the expansion is superimposed, which imparts asymmetry (if this story is accurate).

In one of the greatest understatements I ever read, from the article :

"Dark energy's "baffling nature has not yet allowed astrophysicists to understand it properly," Migkas wrote. "Therefore, assuming it to be isotropic is almost a leap of faith for now. This highlights the urgent need to investigate if today's universe is isotropic or not.""

Assuming it is real, anything but isotropic DE would need a leap in faith, since it is presumed to be the largest part of the mass-energy of the universe. If it is not isotropic, someone has some very serious explaining to do, or so it seems to me.

Just watch out for rod. The dart board only gives him more ammo for counter-attacks. Have at 'em.

Do I sound like early-stage dementia, or is the physics getting jumbled up by data overload?

On the contrary, few cosmologists entertain these notions, it is all in the public meme sector. The statement you refer to is a severe overstatement as far as I can see, dark energy nature is not baffling as much as its value was (and there are explanations for that now), and cosmological homogeneity and isotropy has been well studied from the start of modern cosmology.

I refer to Wikipedia om the history of dark energy and to my comment on the isotropy results in context.

Of course, the expansion is not isotropic because its theoretical base - Einstein's relativity is wrong. Firstly, it should not be called the expansion of "the universe", but the expansion of the visible part of the universe because we can never claim anything about the entire universe which is defined as the collection of everything without boundaries.

Secondly, Einstein's relativity has already been disproved both theoretically and experimentally (see https://www.researchgate.net/publication/297527784_Challenge_to_the_Special_Theory_of_Relativity ). The most well-known experimental evidence is that the time of GPS is absolute because all atomic clocks on the GPS satellites are synchronized to show the same absolute time relative to all reference frames (ground, each satellite, etc), while special relativity tells us that time is relative and clocks can never be synchronized relative to more than one inertial reference frame. Therefore, time is absolute without beginning and end, and independent of the three dimensional space which does not have boundaries. It is non-sense to talk about the age of the universe. At most, we can only talk about the time from the beginning of the current expansion of the visible part of the universe.

Thirdly, the visible part of the universe is a collection of celestial objects (galaxies, clusters of galaxies, etc) which seem in a process of periodical cycles of implosion driven by gravitation and explosion driven by the pressure of aether. It seems that we are currently in the accelerating expansion stage of an explosion. Just like the explosion of a bomb, the expansion of the visible part of the universe should never be isotropic.

No other theory for gravity has stood up as well as Einstein's general relativity, which is why relativistic LCDM is reigning. The contenders are mostly dead: https://www.quantamagazine.org/troubled-times-for-alternatives-to-einsteins-theory-of-gravity-20180430/ .

"New observations of extreme astrophysical systems have “brutally and pitilessly murdered” attempts to replace Einstein’s general theory of relativity."

"Many researchers knew that the merger would be a big deal, but a lot of them simply “hadn’t understood their theories were on the brink of demise,” he later wrote in an email. In Saclay, he read them the last rites. “That conference was like a funeral where we were breaking the news to some attendees.”"

Your points are really not problematic for cosmology.

- LCDM models the entire universe, since 1) there is no known reason not to and 2) it is more likely compared to any constrained version in a likelihood ratio test.
- Your reference is self promotion. It is an essay of "examination" in something that looks like a shoddy philosophical journal (refers to "views" rather than to references and testing), not a research paper. It's possibly even a predatory "journal" since it is been discontinued from data bases several times https://en.wikipedia.org/wiki/Physics_Essays ] and is now listed in "Emerging Sources Citation index" which is described as containing predatory journals https://en.wikipedia.org/wiki/Emerging_Sources_Citation_Index ]. And I note, it isn't describing relativity at all, since it doesn't use the defining property of clocks - frequency stability. See more on that in ty2010b comment.
- The last claim of error in relativity doesn't seem to make any sense, especially in relation to relativity (which famously has no "aether"). It all depends on scale - galaxies are too small to affect cosmology, galaxy clusters lives in cosmic filaments that are still condensing from gravity over time, the universe is and has always been expanding - so it is hard to extract any overall "cycles". Except on universe scale, which as I noted has none. LCDM says it can't have cycles with the content of our universe being as it is (the inner state decides expansion rates), and all our observations agree.

To sum up, you propose to replace the last century of well founded, well tested physics advance with a non founded claim that Newtonian physics is better (it isn't - it is more restricted), and an erroneous understanding of universe expansion: the universe is expanding in every volume, so it can't have a center or be "an explosion". As they say, big bang was a point in time, not a point in space. It is impossible to make that switch back, it can't explain what we see. C.f. how you don't make sense in regards to cosmological expansion, or to the universal speed limit (light speed in vacuum).

T, surely you would not want this to be an echo chamber. What would you debate? My advisor told me early on to always listen to potential variations from your own ideas and models. No one can be right about everything!

And could you be as brief as possible (sparing your time) about "On the contrary, few cosmologists entertain these notions, it is all in the public meme sector. "? Like maybe top five on your hit list of meme nonsense.


Must all galaxies in a galaxy cluster have the same expansion rate? - אסטרונומיה

Why do we care so much about finding distances in astronomy? If we know the distance to a star, we can determine its luminosity and mass. We can then discover a correlation between luminosity, mass, and temperature for main sequence stars that our physical theories must account for. Finding distances to stellar explosions like planetary nebulae and supernovae enables us to find the power needed to make the gaseous shells visible and how much was needed to eject them at the measured speeds. Stellar distances and distances to other gaseous nebulae are necessary for determining the mass distribution of our galaxy. We then have been able to discover that most of the mass in our Galaxy is not producing light of any kind and is in a dark halo around the visible parts of the Galaxy.

Finding distances to other galaxies enables us to find their mass, luminosity, and star formation history among other things. We're better able to hone in on what is going on in some very active galactic cores and also how much dark matter is distributed among and between galaxy cluster members. From galaxy distances, we're also able to answer some cosmological questions like the large-scale geometry of space, the density of the universe needed to stop the expansion (called W [``Omega'']), age of the universe, and whether or not the universe will be expanding. The cosmological questions will be discussed fully in the next chapter on cosmology. This is only a quick overview of the reasons for distance measurements and is by לא means an exhaustive list of reasons why we care about distance measurements.

Now let's take a look at the distance scale ladder. The bottom foundational rung of the ladder is the most accurate and the most certain of all the distance determination methods. As we climb upward, each rung depends on the previous rung and is less certain than the previous one.

Rung 1: The Astronomical Unit

Rung 2: Geometric Methods

Rung 3: Main Sequence Fitting and Spectroscopic Parallax

The entire main sequence of a cluster is used in the same way to find the distance to the cluster. We first plot the cluster's main-sequence on a color-magnitude diagram with apparent magnitudes, not absolute magnitude. We find how far the unknown main sequence needs to be shifted vertically along the magnitude axis to match the calibrated main sequence.

The age of the cluster affects the main sequence. An older cluster has only fainter stars left on the main sequence. Also, stars on the main sequence brighten slightly at a constant temperature as they age so they move slightly vertically on the main sequence. We must model the main sequence evolution to get back to the Zero-Age Main Sequence. This method assumes that all Zero-Age main sequence stars of a given temperature (and, hence, mass) start at the same luminosity. These methods can be used to find distances out to 50 kiloparsecs.

Rung 4: Period-Luminosity Relation for Variable Stars

RR-Lyrae have the same time-averaged luminosity (about 49 solar luminosities or an absolute magnitude Mו = +0.6). They pulsate with periods < 1 day. Cepheids pulsate with periods > 1 day. The longer the pulsation, the more luminous they are. There are two types of Cepheids: classical (brighter, type I) and W Virginis (fainter, type II). They have different light curve shapes. The period-luminosity relation enables us to find distances out to 4 megaparsecs (40 megaparsecs with the Hubble Space Telescope).

Rung 5a: Galaxy Luminosity vs. Another Bright Feature

Rung 5b: Luminosity or Size of Bright Feature

Rung 6: Galaxy Luminosity and Inverse Square Law

ה Hubble law relates a galaxy's recession (expansion) speed with its distance: speed = הo distance. the redshift is easy, but measuring the distance is not. We can calibrate the Hubble law using galaxies out to 500 megaparsecs.

Rung 7: Hubble Law

Rung 4 is the critical one now for the distance scale ladder. With the fixed Hubble Space Telescope, we are able to use the Cepheid P-L relation out to distances ten times further than what we can do now on the ground. The ground measurements of the Hubble constant are 50--100 km/sec/Mpc (a factor of two in range!). With Cepheid observations at farther away distances, we're able to constrain its value to 75 - 85 km/sec/Mpc. The value of 1/הo is a rough upper limit on the age of the universe (assuming constant recession speeds!). The new Hubble constant measurements are implying an universe age of only 12 - 13 billion years. This is in conflict with the ages derived for the oldest stars (found in globular clusters) of about 15 - 16 billion years. Right now, there is a lot more confidence in the age determinations for the oldest stars than for the age of the universe. This is because we are still quite uncertain as to the history of the expansion speeds and what all can affect the expansion speed. So the recent Hubble Space Telescope distance measurements have forced astronomers to attack the deficiencies in the theory of the universe expansion.

Recent very accurate parallax measurements from the Hipparcos satellite call for revisions in the calibration of the Cepheid period-luminosity relation and the distances to globular clusters that may slightly lower the derived ages for the globular clusters and slightly increase the derived age of the universe enough so the globular cluster ages may just fit under the universe age boundary. Stay tuned for more late-breaking announcements!

Review Questions

  1. Why is finding accurate extragalactic distances so important?
  2. What are the more accurate or more certain ways to measure distances? What are the less accurate (less certain) ways to measure distances? What assumptions do we make when using the less certain techniques?
  3. What is the ? What two things does it relate? Why is it important?

Go to Astronomy Notes beginning

Go to Astronomy 1 homepage

last update: 03 December 1997

(661) 395-4526
Bakersfield College
Physical Science Dept.
1801 Panorama Drive
Bakersfield, CA 93305-1219


כותרת תיבת המחקר

A survey of galaxy clusters by NASA's Hubble Space Telescope has found what could be some of the most distant clusters ever seen. If the distances and masses of the clusters are confirmed by ground-based telescopes, the survey may hold clues to how galaxies quickly formed into massive large-scale structures after the Big Bang, and what that may mean for the eventual fate of the universe.

According to theoretical models, if the clusters turn out to be massive and very distant, it could imply that the cosmos does not contain enough matter for gravity to stop the expansion of the universe. These models predict that such a low-density universe would have built most of its galaxy clusters long ago.

About 10 to 20 of the farthest clusters in the Hubble survey may be over seven billion light years away, which means that the clusters, and their populations of tens or perhaps hundreds of galaxies each, were fully assembled early in the history of the universe.

Present distance estimates are based on the colors of the galaxies in each cluster. The redder the overall cluster appears, the more distant it is, an assumption based on the apparent reddening of light - known as red shift - as stars and galaxies move away from us at high speeds. The distances can be more accurately measured using a spectrograph attached to a ground-based telescope.

The Hubble survey contains 92 new clusters uncovered during a six-year sky survey known as the Medium Deep Survey, led by a team of astronomers now at Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA.

The project has been led by Professor Richard Griffiths and senior scientist Dr. Kavan Ratnatunga. The catalog samples an area of the sky that is small, but scattered over 300 random directions.

The clusters were found using an automated procedure developed by the Carnegie Mellon team. They first identified large elliptical galaxies in random fields taken by Hubble. Next, an automated procedure was used to search statistically for an over-abundance of galaxies around the large elliptical galaxies. The assumption is that the excess galaxies all belong to the same cluster. This procedure helped to discriminate clusters against the field galaxy population which is smoothly distributed across the sky

Major new telescopes must be used to study these clusters to measure their distances.

The Hubble observations will be published in the Astronomical Journal. The research team members are: E. J. Ostrander K. U. Ratnatunga and R. E. Griffiths, Department of Physics, Carnegie Mellon University.

The Space Telescope Science Institute is operated by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. (AURA) for NASA, under contract with the Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD. The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency (ESA).

נקודות זכות:K. Ratnatunga, R. Griffiths (Carnegie Mellon University), and NASA


Rethinking Cosmology: The Universe's Expansion May Not Be Uniform

Astronomers have assumed for decades that the Universe is expanding at the same rate in all directions. A new study based on data from ESA's XMM-Newton, NASA's Chandra and the German-led ROSAT X-ray observatories suggests this key premise of cosmology might be wrong.

Konstantinos Migkas, a PhD researcher in astronomy and astrophysics at the University of Bonn, Germany, and his supervisor Thomas Reiprich originally set out to verify a new method that would enable astronomers to test the so-called isotropy hypothesis. According to this assumption, the Universe has, despite some local differences, the same properties in each direction on the large scale.

Widely accepted as a consequence of well-established fundamental physics, the hypothesis has been supported by observations of the cosmic microwave background (CMB). A direct remnant of the Big Bang, the CMB reflects the state of the Universe as it was in its infancy, at only 380 000 years of age. The CMB's uniform distribution in the sky suggests that in those early days the Universe must have been expanding rapidly and at the same rate in all directions.

In today's Universe, however, this may no longer be true.

"Together with colleagues from the University of Bonn and Harvard University, we looked at the behaviour of over 800 galaxy clusters in the present Universe," says Konstantinos. "If the isotropy hypothesis was correct, the properties of the clusters would be uniform across the sky. But we actually saw significant differences."

The astronomers used X-ray temperature measurements of the extremely hot gas that pervades the clusters and compared the data with how bright the clusters appear in the sky. Clusters of the same temperature and located at a similar distance should appear similarly bright. But that is not what the astronomers observed.

"We saw that clusters with the same properties, with similar temperatures, appeared to be less bright than what we would expect in one direction of the sky, and brighter than expected in another direction," says Thomas. "The difference was quite significant, around 30 per cent. These differences are not random but have a clear pattern depending on the direction in which we observed in the sky."

Before challenging the widely accepted cosmology model, which provides the basis for estimating the cluster distances, Konstantinos and colleagues first looked at other possible explanations. Perhaps, there could be undetected gas or dust clouds obscuring the view and making clusters in a certain area appear dimmer. The data, however, do not support this scenario.

In some regions of space the distribution of clusters could be affected by bulk flows, large-scale motions of matter caused by the gravitational pull of extremely massive structures such as large cluster groups. This hypothesis, however, also seems unlikely. Konstantinos adds that the findings took the team by surprise.

"If the Universe is truly anisotropic, even if only in the past few billion years, that would mean a huge paradigm shift because the direction of every object would have to be taken into account when we analyse their properties," he says. "For example, today, we estimate the distance of very distant objects in the Universe by applying a set of cosmological parameters and equations. We believe that these parameters are the same everywhere. But if our conclusions are right than that would not be the case and we would have to revisit all our previous conclusions."

"This is a hugely fascinating result," comments Norbert Schartel, XMM-Newton project scientist at ESA. "Previous studies have suggested that the present Universe might not be expanding evenly in all directions, but this result - the first time such a test has been performed with galaxy clusters in X-rays - has a much greater significance, and also reveals a great potential for future investigations."

The scientists speculate this possibly uneven effect on cosmic expansion might be caused by dark energy, the mysterious component of the cosmos which accounts for the majority - around 69% - of its overall energy. Very little is known about dark energy today, except that it appears to have been accelerating the expansion of the Universe in the past few billion years.

ESA's upcoming telescope Euclid, designed to image billions of galaxies and scrutinise the expansion of the cosmos, its acceleration and the nature of dark energy, might help solve this mystery in the future.

"The findings are really interesting but the sample included in the study is still relatively small to draw such profound conclusions," says René Laureijs, Euclid project scientist at ESA. "This is the best one could do with the available data, but if we were to really re-think the widely accepted cosmological model, we would need more data."

And Euclid might do exactly that. The spacecraft, to be launched in 2022, might not only find evidence that dark energy is really stretching the Universe unevenly in different directions, it will also enable the scientists to gather more data on the properties of a large amount of galaxy clusters, which might support or disprove the current findings.

Further data will also come soon from the X-ray eROSITA instrument, built by the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. The instrument, aboard the recently launched German-Russian satellite Spektr-RG, will conduct the first all-sky survey in medium energy X-rays, focusing on the discovery of tens of thousands previously unknown galaxy clusters and active galactic centres.

'Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX−Tscaling relation' by K. Migkas et al. (2020) is published in Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/201936602).


Must all galaxies in a galaxy cluster have the same expansion rate? - אסטרונומיה

If a cluster of galaxies today is observed at a net redshift of, say z=0.20 and the observed diameter of the cluster is x Megaparsecs, way out in the future if the net redshift of the same cluster is measured to be z=0.22 (due to the cosmic expansion) would its observed diameter still be x Megaparsecs? I know that the motions of the member galaxies of a cluster are described by Newtonian Mechanics and the actual diameters will not change but what would we observe from our rest frame here on earth as far as redshift versus apparent cluster diameter?

My inability to find an answer to the above arises from the fact that within a cluster most of the spacetime is void of light emitting baryonic matter, and how would, then, this seemingly "empty" space appear to us in the face of an expanding universe?

The answer to your question is "more or less yes". The reason is that in a cluster of galaxies, the mutual gravity between the various galaxies is able to overcome the cosmic expansion and hang on together as a gravitationally bound system. Thus within the cluster, the galaxies will not be expanding away from each other. Instead their motions will be governed by the complex gravitational potential of the cluster itself.

As a simple example of this, the Andromeda spiral galaxy, which is a member of the local group along with the Milky Way is currently coming towards us rather than receding from us as it should be if its motion is dominated by cosmic expansion. Here again, because the members of a group are gravitationally bound, they will not obey cosmic expansion.

Technically, the speeds of individual galaxies in a cluster other then the joint recession (since the cluster as a whole is receding away from us due to expansion) are called "peculiar velocities". Our own galaxy is falling towards the Virgo cluster at the current moment. So, a cluster will more or less retain its size rather than expand with the expansion of the Universe. As a result, when the cluster gets farther away from us, only its angular size will decrease.

This page was last updated on June 27, 2015

על הסופר

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep built a new receiver for the Arecibo radio telescope that works between 6 and 8 GHz. He studies 6.7 GHz methanol masers in our Galaxy. These masers occur at sites where massive stars are being born. He got his Ph.D from Cornell in January 2007 and was a postdoctoral fellow at the Max Planck Insitute for Radio Astronomy in Germany. After that, he worked at the Institute for Astronomy at the University of Hawaii as the Submillimeter Postdoctoral Fellow. Jagadheep is currently at the Indian Institute of Space Scence and Technology.


צפו בסרטון: גלקסיות קטנות - בעיות גדולות (יָנוּאָר 2022).