卫星星系的逆向旋转,可能暗示了宇宙有着的更年轻的历史

葫芦科普 2024-01-31 13:05:40

宇宙的年龄是多少?这是一个困扰了人类数千年的问题,也是一个科学家们一直在努力寻找答案的问题。不同的文化和宗教都有自己的答案。古埃及人认为宇宙是由神创造的,而古希腊人则认为宇宙是由混沌中产生的。在中国古代,宇宙是由盘古开天辟地而形成的。在印度教中,宇宙是由梵天创造的,而在佛教中,宇宙是由因果律而产生的,而在科学上,宇宙是由大爆炸而产生的。

我们是否能够准确地测量宇宙的历史?我们是否能够信任我们的观测和理论?我们是否能够解释宇宙中的一些奇怪现象?这些问题都是关于宇宙的本质和起源的,它们对我们的认知和探索有着深远的意义。

然而,最近的一项研究却给我们带来了一个惊人的发现:宇宙可能比我们想象的要年轻,这是基于卫星星系的运动,这些运动揭示了卫星星系最近落入星系群的时间。这一发现可能会颠覆我们对宇宙的一些基本假设,也可能会为解决一些宇宙悖论提供线索。

卫星星系是什么?它们又与宇宙的年龄有什么关系?为了回答这些问题,我们需要先了解一些宇宙学的基础知识。

根据欧洲航天局普朗克任务对宇宙微波背景辐射(CMB)的测量,宇宙大约有 138 亿年的历史。CMB是宇宙大爆炸后留下的最古老的光,它包含了宇宙的一些重要信息,比如宇宙的密度、几何形状和成分。根据这些信息,科学家们构建了一个标准模型,描述了一个由暗能量和暗物质主导的扁平宇宙,宇宙正在加速膨胀。

标准模型随后被用作超级计算机模拟的基础,超级计算机模拟可以描述宇宙中大尺度结构–星系、星系团以及巨大的星系链和星系墙–的生长过程。这些结构是由宇宙物质网形成的,它是由暗物质和普通物质构成的细丝和结点组成的复杂网络,它们在引力的作用下聚集在一起。星系是由数百亿颗恒星组成的巨大系统,它们可以形成不同的形状和大小。星系团是由几十到几千个星系组成的更大的系统,它们通常位于宇宙物质网的结点处。星系群是星系团的小型集合,比如我们的本星系群,其中有几个大星系和一群小星系。与较大的星系团一样,这些星系群也是在宇宙物质网的细丝交汇处形成的,较小的星系在落入星系群之前会沿着细丝移动。

在一项新的研究中,中国科学院国家天文台郭琦领导的天文学家研究了星系群中的一对卫星。卫星星系是指围绕一个更大的星系旋转的较小的星系,就像月球围绕地球旋转一样。卫星星系的运动可以反映出它们的形成和演化历史,也可以揭示出它们所在的星系群的性质和状态。

齐教授的研究小组利用斯隆数字巡天(SDSS)对距离地球约 6 亿光年内的 813 个星系群进行的观测,重点研究了每个星系群中质量最大的星系,并测量了该星系相对两侧的成对卫星星系的移动情况。他们发现,相互逆向旋转–换句话说,以相反的方向绕大星系运行–的卫星星系的比例高于大尺度结构计算机模拟的预测值,如千年模拟和Illustris TNG300模型,它们都是基于普朗克任务所描述的标准模型。

如果卫星刚刚进入围绕星系群中较大星系的轨道,这是一种自然状态。但是随着时间的推移,星系群和星系团应该会达到一种动态松弛的状态,大多数卫星会共同旋转。如果星系群和星系团是按照标准模型的建议凝聚起来的,那么反向旋转卫星的比例就应该更小。事实上,反转卫星的比例更大,这对标准模型来说是个问题。

"Qi在一封电子邮件中告诉太空网:"我们在SDSS数据中发现,卫星星系刚刚增生/陨落到大质量星系群中,与普朗克参数模拟相比,卫星星系正在组装的信号更强。

换句话说,这些卫星星系似乎是最近才落入各自的星系群的。

"Qi说:"这表明宇宙比普朗克观测到的CMB更年轻。"遗憾的是,这项工作无法定量估计宇宙的年龄。

这是因为卫星对的运动和星群形成的模型仍有太多的余地,因此无法确定这些结果所表明的宇宙年龄比138亿年年轻多少。

如果是正确的,那么这些新发现就意味着标准模型出了问题,我们对宇宙的一些假设肯定是错误的。事实上,科学家们目前正在研究的一个宇宙悖论可能就是答案。

宇宙的膨胀率是由一个叫做哈勃常数的数字定义的。普朗克测得的哈勃常数是每秒 67.8 公里/兆帕秒–换句话说,每兆帕秒的空间体积每秒膨胀 67.8 公里。根据这个膨胀率,宇宙学家可以通过倒转时钟计算出宇宙的年龄为 138 亿年。

然而,根据对 Ia 型超新星(即爆炸的白矮星)红移的观测,哈勃常数的值为每兆帕秒 73.2 公里。按照这个膨胀率,时钟倒转后的年龄为 126 亿年。

哈勃常数的两种测量方法都被认为是无可挑剔的,但它们之间却存在着巨大的差异。这一悖论被称为 “哈勃张力”。

"当被问及星系群中的卫星对所显示的更年轻的年龄是否支持超新星测量得出的更快的膨胀速度时,齐说:"这当然可能与哈勃张力问题有关。

然而,还有其他障碍需要克服。如果我们过多地降低宇宙的年龄,那么天文学家就会发现自己处于一个尴尬的境地,即已知恒星的年龄比宇宙本身还要大。

也许标准模型的其他方面可以解释这个问题。例如,该模型在很大程度上依赖于暗物质,但迄今为止科学家还不知道暗物质是什么。其他研究人员则认为,暗物质根本不存在,其引力效应可以用低加速度下引力定律的改变来解释,比如在较远距离上运行的卫星星系所经历的加速度。齐的研究小组确实发现,轨道半径较大的卫星对更有可能反向旋转。 现在,我们需要更多的数据。齐博士说,更大的星系团也应该存在同样的现象,但星系团往往距离更远,而且目前样本量有限,数据质量较差,因此任何测量都无法得出结论。

无论哪个年龄值是正确的,宇宙都是古老的,但这些新结果表明,宇宙也许可以找回一些青春。

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葫芦科普

简介:来自星星的小胖子