Niespodzianka. Wszechświat rozszerza się z różną prędkością w każdym kierunku

Wykorzystując dane zebrane w zakresie rentgenowskim, astronomowie przeanalizowali setki gromad galaktyk, największych struktur we wszechświecie utrzymywanych grawitacyjnie i sprawdzili jak zmienia się ich wygląd w zależności od położenia na niebie.

Co do zasady astronomowie zgadzają się, że od Wielkiego Wybuchu wszechświat stale się rozszerza. Gdy na niego spojrzeć to wszystkie obiekty we wszechświecie oddalają się od wszystkich innych Jeżeli materia we wszechświecie rozłożyła się mniej więcej równomiernie, to wszystkie procesy powinny być mniej więcej takie same we wszystkich kierunkach. Najnowsze wyniki jednak wskazują coś innego.

W tym celu wykorzystywano obserwacje eksplodujących gwiazd i badania galaktyk w podczerwieni. Część z nich wskazywała, że wszechświat jest izotropowy, a część temu przeczyła.

W ramach najnowszych badań wykorzystano jednak silną, nowatorską i niezależną technikę. Opiera się ona na związku między temperaturą gorącego gazu wypełniającego gromadę galaktyk, a ilością emitowanego przez nią promieniowania rentgenowskiego. Im wyższa temperatura gazu w gromadzie galaktyk, tym jaśniejsza galaktyka powinna być w zakresie promieni X. Po zmierzeniu gazu w gromadzie, można oszacować jej jasność w zakresie X. Metoda ta zatem jest niezależna od wartości kosmologicznych takich jak tempo rozszerzania się wszechświata.

Po oszacowaniu w ten sposób rentgenowskiej jasności gromad, naukowcy obliczyli poziom jasności wykorzystują inną metodę, która zależy od wartości kosmologicznych, w tym także od tempa rozszerzania wszechświata. W ten sposób naukowcy uzyskali widoczne prędkości rozszerzania wszechświata dla całego nieba. Okazało się że w niektórych kierunkach wszechświat oddala się od nas szybciej niż w innych.

Po porównaniu wyników z wynikami innych badań prowadzonych przez inne grupy badawcze, które także wskazywały na nieizotropowość wszechświata, okazało się że są one zgodne co do kierunku, w którym wszechświat rozszerza się najwolniej.

Jedno z nich wskazuje, że duże grupy gromad galaktyk mogą poruszać się razem i to nie z powodu rozszerzania wszechświata. Możliwe na przykład, że niektóre pobliskie gromady są ciągnięte w tym samym kierunku przez grawitację grup innych gromad galaktyk. Jeżeli ten ruch jest szybki, może prowadzić do błędów w szacowaniu jasności gromad. Tego rodzaju grupowy ruch może stwarzać pozory, że w danym kierunku tempo rozszerzania wszechświata jest inne. Astronomowie widzieli podobne efekty w przypadku stosunkowo bliskich galaktyk, oddalonych od nas o mniej niż 850 milionów lat świetlnych, gdzie wzajemne przyciąganie grawitacyjne z pewnością kontroluje ruch obiektów. Niemniej jednak badacze spodziewali się, że tempo rozszerzania wszechświata zdominuje ruch gromad rozłożonych na większym obszarze, do 5 mld lat świetlnych.

Drugim możliwym wyjaśnieniem jest to, że wszechświat faktycznie nie rozszerza się w tym samym tempie w każdym kierunku. Może to być spowodowane np. niejednorodnością ciemnej energii - tajemniczej siły, która odpowiada za przyspieszanie tempa rozszerzania się wszechświata. Inaczej mówiąc, promienie rentgenowskie mogą wskazywać, że ciemna energia jest silniejsza w niektórych częściach wszechświata niż w innych, a tym samym powoduje nierównomierne rozszerzanie się wszechświata.

Każde z tych dwóch kosmologicznych wyjaśnień może nieść za sobą istotne konsekwencje. Wiele badań w kosmologii, włącznie z badaniami gromad galaktyk w zakresie rentgenowskim, opiera się o założenie, że wszechświat jest izotropowy.

Do swoich badań naukowcy wykorzystali próbkę 313 gromad galaktyk, z których 237 odkryto za pomocą obserwatorium kosmicznego Chandra w ciągu 191 dni obserwacyjnych, a 76 za pomocą teleskopu XMM-Newton, obserwującego je ciągu 35 dni. Powyższe dane połączono z dwoma innymi próbkami rentgenowskimi obejmującymi dane z teleskopu XMM-Newton oraz ASCA. Stąd też w badaniach uwzględnione 842 różne gromady galaktyk.