重磅發(fā)現(xiàn)！對20萬個(gè)螺旋星系的研究表明早期宇宙或許一直在轉(zhuǎn)

堪薩斯州立大學(xué)的一項(xiàng)研究顯示，一項(xiàng)對20多萬個(gè)螺旋星系的分析揭示了星系自旋方向之間出人意料的聯(lián)系，由這些聯(lián)系形成的結(jié)構(gòu)可能表明，早期宇宙可能一直在旋轉(zhuǎn)。利奧爾·沙米爾(Lior Shamir)是一名計(jì)算天文學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家，他在2020年6月舉行的第236屆美國天文學(xué)會會議上公布了這一發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)意義重大，因?yàn)檫@些觀測結(jié)果與之前關(guān)于宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的一些假設(shè)相沖突。

自埃德溫·哈勃時(shí)代以來，天文學(xué)家們一直認(rèn)為宇宙正在沒有特定方向地膨脹，其中的星系分布也沒有特定的宇宙學(xué)結(jié)構(gòu)。但是沙米爾對20多萬個(gè)螺旋星系的幾何模式觀察表明，宇宙可能有一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)，早期的宇宙可能一直在旋轉(zhuǎn)。根據(jù)這項(xiàng)研究，這些星系的分布模式表明，宇宙不同部分的螺旋星系，被空間和時(shí)間分開，通過它們旋轉(zhuǎn)的方向相互關(guān)聯(lián)。

同為K-State計(jì)算機(jī)科學(xué)副教授的沙米爾說：天文學(xué)中的數(shù)據(jù)，科學(xué)不僅使天文學(xué)研究更具成本效益，還讓我們能夠以一種完全不同的方式觀察宇宙。螺旋星系分布所表現(xiàn)出的幾何圖案是清晰的，但只有在分析非常大量的天文物體時(shí)才能觀察到。螺旋星系是一個(gè)獨(dú)特的天文系統(tǒng)，因?yàn)樗囊曈X外觀取決于觀測者的視角。例如，一個(gè)從地球上觀察時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的螺旋星系，當(dāng)觀測者位于該星系的另一邊時(shí)，似乎是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

如果宇宙是各向同性的，并且沒有特殊結(jié)構(gòu)（正如之前天文學(xué)家預(yù)測的那樣）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的星系數(shù)量將大致等于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的星系數(shù)量，沙米爾用現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)證明情況并非如此。用傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡，計(jì)算宇宙中的星系是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。但現(xiàn)代機(jī)器人望遠(yuǎn)鏡，如斯隆數(shù)字天空勘測(SDSS)和全景勘測望遠(yuǎn)鏡和快速響應(yīng)系統(tǒng)(Pan-STARRS)，能夠在觀測天空時(shí)自動拍攝數(shù)百萬星系的圖像。

然后，機(jī)器視覺可以根據(jù)星系的旋轉(zhuǎn)方向?qū)?shù)百萬個(gè)星系進(jìn)行排序，速度比任何人或一組人都要快得多。當(dāng)比較不同旋轉(zhuǎn)方向的星系數(shù)量時(shí)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的星系數(shù)量并不等于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的星系數(shù)量。根據(jù)沙米爾的研究，差別很小，僅略高于2%，但隨著星系數(shù)量的增加，偶然出現(xiàn)這種不對稱的可能性不到10億分之一到40億分之一。這些圖案的跨度超過40億光年，但在這個(gè)范圍內(nèi)的不對稱性并不均勻。

如果宇宙有軸

研究發(fā)現(xiàn)，星系離地球越遠(yuǎn)，不對稱性越高，這表明早期宇宙比現(xiàn)在的宇宙更一致，更不混亂。但是，這些模式不僅表明宇宙不對稱，而且研究還表明宇宙不對稱在宇宙的不同部分發(fā)生變化，差異表現(xiàn)出一種獨(dú)特的多極模式。如果宇宙有軸，它就不是像旋轉(zhuǎn)木馬那樣簡單的單一軸，這是多個(gè)軸的復(fù)雜排列，也有一定的漂移。

宇宙多極的概念并不新鮮，之前的天基天文臺，如宇宙背景探測器(COBE)衛(wèi)星；威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)任務(wù)；以及普朗克天文臺觀測顯示：宇宙微波背景，即來自非常早期宇宙的電磁輻射，也顯示出多個(gè)極。但宇宙微波背景的測量對前景污染(如銀河系的障礙)很敏感，無法顯示這些極點(diǎn)是如何隨著時(shí)間的推移而變化。

螺旋星系自旋方向之間的不對稱性，是一種對障礙物不敏感的測量方法。在特定磁場中，可以阻礙一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的星系，必然也會阻礙以相反方向旋轉(zhuǎn)的星系，而沒有任何錯(cuò)誤或污染可以通過這種獨(dú)特、復(fù)雜和一致的模式表現(xiàn)出來。

博科園｜研究/來自：堪薩斯州立大學(xué)/美國天文學(xué)會會議

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