真正的“世界观崩塌”：宇宙各个方向上的膨胀速度可能不同

 
 
真正的“世界观崩塌”：宇宙各个方向上的膨胀速度可能不同  
 

宇宙学一个基本理念是，如果观测尺度足够大，那你从各个方向上看都是一样的。这是人类关于宇宙历史和命运的认知支柱。

4月8日，欧洲空间局（ESA）和美国国家航空航天局（NASA）等合作完成的一项成果对此提出了挑战。主导研究的德国波恩大学宇宙学家康斯坦蒂诺斯•米卡斯（Konstantinos Miggas）说道：“那根支柱可能有裂缝了。”

几十年来，天文学家都假定宇宙自大爆炸后，在各个方向上的膨胀速度是相同的，即所谓的各向同性。这样的话，宇宙尽管存在一些局部差异，但在大尺度上每个方向都具有相同的性质。

一个常见比喻是烤面包，星系等宇宙物质则是里面的葡萄干。在烘焙过程中，葡萄干随面包膨大而散开，但大体上均匀。

宇宙各向同性假说得到了宇宙微波背景辐射（CMB）的支持。

宇宙微波背景辐射（CMB）是一群古老的光子。宇宙在极早期曾经充斥着各种基本粒子而处于混沌的等离子体状态，直到大爆炸大约38万年后，质子和电子结合成稳定的中性氢原子，宇宙才变得通透起来并可以让当时的光子自由穿行。这群光子，在穿行约137亿年后到达地球，就像是一张137亿年前的宇宙照片。

这张“38万岁照”告诉我们，那个时候宇宙在各个方向上以相同速度膨胀。那么，今天的宇宙还是这样吗？

如果宇宙一直保持着各向同性，那么温度相同、距离相似的星系团看起来应该同样明亮。该团队使用了一种强大而新颖的方法来测试这一点。

星系团中弥漫着极热的气体，这些气体的温度与其产生的X射线量相关，称作X射线亮度。这种测量方式不会受到宇宙膨胀的影响。接着，研究团队又用另一种会受宇宙膨胀速度的方式计算亮度，两相比较。800多个星系团的验证结果与理论相悖。

参与研究的波恩大学天文学家托马斯•雷普里奇（Thomas Reiprich）说道：“我们看到，具有相同性质、温度相似的星团，在一个方向上的亮度低于预期，在另一个方向上则高于预期。差异相当显著，约为30%。这些差异不是随机的，而是根据我们的观测方向呈现出清晰的模式。”

研究团队进一步排除了气体、尘埃云遮挡视线，或是超大质量结构的引力场影响。

如果宇宙真的不再均匀膨胀了，那么天文学家们就有得忙了。各向同性的宇宙，同一组参数和方程放之四海而皆准，各向异性的宇宙则要在非常遥远的尺度上重新推敲。

至于不均匀膨胀的原因，神秘的、被认为占据宇宙69%的暗能量可能是一种解释。

值得注意的是，这项研究的观测数据来自于几个前辈级的太空望远镜，样本数量很有限。欧空局的XMM牛顿望远镜、NASA的钱德拉望远镜都是1999年发射升空的。

欧空局旗舰级的欧几里得望远镜计划在2022年启航，主题正是宇宙膨胀和暗能量。通过拍摄几十亿个星系图像，它可能提供更准确的证据。

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