Direcția este ceva cu care oamenii suntem destul de obișnuiți. Trăind în mediul nostru terestru prietenos, suntem obișnuiți să vedem lucrurile în termen de sus și jos, stânga și dreapta, înainte sau înapoi. Și pentru noi, cadrul nostru de referință este fix și nu se schimbă, decât dacă ne mișcăm sau suntem în proces de mutare. Dar când vine vorba de cosmologie, lucrurile se complică puțin.
Multă vreme acum, cosmologii au crezut că universul este omogen și izotropic - adică fundamental același în toate direcțiile. În acest sens, nu există „sus” sau „jos” când vine vorba de spațiu, doar puncte de referință care sunt în întregime relative. Și datorită unui nou studiu realizat de cercetători de la University College London, s-a dovedit că această părere este corectă.
De dragul studiului lor, intitulat „Cât de izotrop este Universul?”, Echipa de cercetare a utilizat datele sondajului Cosmic Microwave Background (CMB) - radiația termică rămasă din Big Bang. Aceste date au fost obținute de navele spațiale Planck ale ESA între 2009 și 2013.
Apoi, echipa a analizat-o folosind un supercomputer pentru a determina dacă există modele de polarizare care ar indica dacă spațiul are o „direcție preferată” de expansiune. Scopul acestui test a fost de a vedea dacă una dintre ipotezele de bază care stau la baza modelului cosmologic cel mai acceptat este de fapt corectă.
Prima dintre aceste presupuneri este că Universul a fost creat de Big Bang, care se bazează pe descoperirea că Universul se află într-o stare de expansiune și pe descoperirea fundalului microundelor cosmice. A doua presupunere este că spațiul este omogen și istropic, ceea ce înseamnă că nu există diferențe majore în distribuția materiei pe scări mari.
Această credință, cunoscută și sub numele de Principiul Cosmologic, se bazează parțial pe Principiul Copernican (care afirmă că Pământul nu are un loc special în Univers) și Teoria Relativității lui Einstein - care a demonstrat că măsurarea inerției în orice sistem este relativă. la observator.
Această teorie a avut întotdeauna limitele sale, deoarece materia nu este distribuită în mod uniform la scări mai mici (adică sisteme stelare, galaxii, ciorchini de galaxii etc.). Cu toate acestea, cosmologii au susținut acest lucru spunând că fluctuația la scară mică se datorează fluctuațiilor cuantice care au avut loc în Universul timpuriu și că structura pe scară largă este una de omogenitate.
Căutând fluctuații în cea mai veche lumină din Univers, oamenii de știință au încercat să stabilească dacă acest lucru este corect. În ultimii treizeci de ani, aceste tipuri de măsurători au fost efectuate de mai multe misiuni, cum ar fi misiunea Cosmic Background Explorer (COBE), Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) și nava spațială Planck.
De dragul studiului lor, echipa de cercetare UCL - condusă de Daniela Saadeh și Ștefan Feeney - a privit lucrurile puțin diferit. În loc să caute dezechilibre pe fundalul microundelor, au căutat semne că spațiul ar putea avea o direcție de extindere preferată și cum acestea se pot imprima pe CMB.
După cum a declarat Daniela Saadeh - doctorand la UCL și autorul principal pe hârtie - Space Magazine prin e-mail:
„Am analizat temperatura și polarizarea fundalului microundelor cosmice (CMB), o radiație relicvă din Big Bang, folosind date din misiunea Planck. Am comparat CMB-ul real cu predicțiile noastre pentru cum ar arăta într-un univers anisotrop. După această căutare, am ajuns la concluzia că nu există dovezi pentru aceste tipare și că presupunerea că Universul este izotropic pe scări mari este una bună. ”
Practic, rezultatele lor au arătat că există doar 1 din 121 000 de șanse ca Universul să fie anisotrop. Cu alte cuvinte, dovezile indică faptul că Universul s-a extins în toate direcțiile în mod uniform, eliminând astfel orice îndoială cu privire la faptul că este vreun sens real al direcției pe scară largă.
Într-un fel, acest lucru este un pic dezamăgitor, deoarece un Univers care nu este omogen și același în toate direcțiile ar duce la un set de soluții la ecuațiile de teren ale lui Einstein. De la sine, aceste ecuații nu impun nicio simetrie timpului spațial, dar modelul standard (din care fac parte) acceptă omogenitatea ca un fel de dat.
Aceste soluții sunt cunoscute sub denumirea de modele Bianchi, care au fost propuse de matematicianul italian Luigi Bianchi la sfârșitul secolului XIX. Aceste teorii algebrice, care pot fi aplicate spațiului tridimensional, sunt obținute prin faptul că sunt mai puțin restrictive și permit astfel un Univers care este anisotrop.
Pe de altă parte, studiul realizat de Saadeh, Feeney și colegii lor a demonstrat că una dintre principalele presupuneri pe care se bazează modelele noastre cosmologice actuale este într-adevăr corectă. În acest sens, aceștia au oferit, de asemenea, un sentiment foarte necesar de apropiere de o dezbatere pe termen lung.
„În ultimii zece ani, a existat o discuție considerabilă în legătură cu existența unor semne de anisotropie pe scară largă în LCB”, a spus Saadeh. „Dacă Universul ar fi anisotrop, ar trebui să revizuim multe dintre calculele noastre despre istoricul și conținutul său. Datele de înaltă calitate Planck au oferit o ocazie de aur de a efectua această verificare de sănătate pe modelul standard de cosmologie, iar vestea bună este că este în siguranță. ”
Așa că data viitoare când vă veți uita spre cerul nopții, nu uitați ... acesta este un lux pe care îl aveți doar în timp ce stați pe Pământ. Acolo, este un întreg „joc de minge” Așadar, bucurați-vă de acest lucru pe care îl numim „direcție” când și unde puteți.
Și nu uitați să consultați această animație produsă de echipa UCL, care ilustrează datele CMB ale misiunii Planck:
