Astronomía

¿Todas las galaxias de un cúmulo de galaxias deben tener la misma tasa de expansión?

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Si observamos un cúmulo de galaxias distantes donde todas las galaxias viajan con la misma velocidad alejándose de nosotros, excepto una galaxia cuya velocidad es significativamente menor que la de las galaxias vecinas. ¿Contradice esto necesariamente el principio de expansión del universo?


Es posible que el universo no se esté expandiendo de la misma manera en todas las direcciones, sugiere un nuevo estudio de la NASA y la ESA, que desafía la idea fundamental de la cosmología

Nuestro universo puede no expandirse a la misma velocidad en todas las direcciones, según un nuevo estudio, que desafía una de nuestras ideas básicas sobre el universo.

La suposición de que el universo es isotrópico, o el mismo en todas las direcciones, ha apuntalado el resto de nuestra comprensión de dónde vino el cosmos y hacia dónde puede ir. Los investigadores están casi seguros de que, al menos al principio, el universo se expandía de manera uniforme.

Pero esa suposición podría ser incorrecta, al menos en el universo de hoy, según un nuevo estudio que utiliza datos de los observatorios de la NASA y la Agencia Espacial Europea. Los investigadores que utilizaron esa información encontraron que las diferentes partes del universo en realidad se están expandiendo a diferentes ritmos, con cúmulos de galaxias en diferentes partes del cielo que se comportan de manera diferente.

Nuestra comprensión habitual del universo sugiere que después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse en todas las direcciones, y las galaxias y los cúmulos de galaxias se separaron al mismo ritmo en todo el cosmos. El nuevo estudio sugiere que ese podría no ser el caso, ya que esa tasa en realidad varía dependiendo de dónde miremos.

"Basándonos en nuestras observaciones de cúmulos, es posible que hayamos encontrado diferencias en la rapidez con la que se expande el universo según la forma en que miramos", dijo el coautor Gerrit Schellenberger del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. "Esto contradiría uno de los supuestos subyacentes más básicos que usamos en cosmología hoy".

Recomendado

Los investigadores han intentado durante mucho tiempo encontrar una respuesta definitiva a si el universo es de hecho el mismo en todas las direcciones. Han intentado medirlo utilizando una variedad de métodos diferentes, que incluyen mirar galaxias a través de infrarrojos y observar estrellas explotadas, pero nada ha demostrado ser decisivo y los resultados han dado indicaciones en ambos sentidos.

Para encontrar sus medidas en el nuevo estudio, los investigadores utilizaron una nueva técnica para intentar medir la expansión del universo. Observaron más de 800 cúmulos de galaxias utilizando la nueva técnica, en un intento de comprender con precisión a qué velocidad se están expandiendo.

En primer lugar, calcularon la cantidad de rayos X que emitiría un cúmulo de galaxias dado, de una manera que da una respuesta constante independiente de cambios como la velocidad de expansión del universo. Taht se basó en la relación entre la temperatura del gas caliente en un cúmulo de galaxias y la cantidad de rayos X, o su luminosidad de rayos X.

En segundo lugar, calcularon la luminosidad de los rayos X utilizando un método diferente que de hecho dependía de la velocidad de expansión del universo. Esos números mostraron que la velocidad de expansión no era realmente uniforme y que el universo se aleja de nosotros a diferentes velocidades en diferentes partes.

No es la primera vez que los investigadores han encontrado evidencia de la expansión desigual del universo, pero puede ser la que lo demuestre de manera más convincente que cualquier otra.

"Este es un resultado enormemente fascinante", dijo Norbert Schartel, científico del proyecto en el observatorio XMM-Newton de la ESA, que ayudó a contribuir al descubrimiento. "Estudios previos han sugerido que el Universo actual podría no expandirse uniformemente en todas las direcciones, pero este resultado, la primera vez que se realiza una prueba de este tipo con cúmulos de galaxias en rayos X, tiene una importancia mucho mayor y también revela una gran potencial para futuras investigaciones ".

La década pionera de la exploración espacial de la nasa y # x27: en imágenes

1/10 La innovadora década de exploración espacial de la NASA y # x27: en imágenes

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Nasa / JPL / Universidad de Arizona

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Una explicación de este descubrimiento inusual es que la expansión del universo puede ser uniforme, pero que algunas galaxias están siendo arrastradas por algo más, como la gravedad de otros cúmulos de galaxias. Pero esto puede ser poco probable dado que los científicos esperan que la expansión del universo sea el principal factor decisivo de esa velocidad.

Si ese no es el caso, la investigación sugiere que el universo no es realmente isotrópico y que es diferente en diferentes direcciones. La energía oscura, por ejemplo, podría distribuirse de manera diferente en todo el universo y podría estar provocando resultados inusuales.

Los investigadores han descrito la expansión del universo como una barra de pan de pasas que se ha puesto en el horno: a medida que se cocina, se expande y las pasas que representan las galaxias se alejan unas de otras. Si el pan se mezcla uniformemente, la expansión sería uniforme, pero los últimos resultados sugieren que puede haber un ingrediente pasado por alto en la masa.

"Esto sería como si la levadura en el pan no se mezclara uniformemente, lo que haría que se expandiera más rápido en algunos lugares que en otros", dijo el coautor Thomas Reiprich, también de la Universidad de Bonn. "Sería notable si se descubriera que la energía oscura tiene diferentes fuerzas en diferentes partes del universo. Sin embargo, se necesitaría mucha más evidencia para descartar otras explicaciones y hacer un caso convincente".

El estudio aparece en el último número de la revista Astronomy and Astrophysics y se puede leer en línea.


Es posible que el Universo no se expanda al mismo ritmo en todas partes

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Los astrónomos han asumido durante décadas que el Universo se está expandiendo al mismo ritmo en todas las direcciones. Un nuevo estudio basado en datos de XMM-Newton de la ESA, Chandra de la NASA y los observatorios de rayos X ROSAT liderados por los alemanes sugiere que esta premisa clave de la cosmología podría estar equivocada.

Esta animación comienza con el cielo visto por el satélite Gaia de la ESA, que está mapeando más de mil millones de estrellas en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. El cielo se muestra en el sistema de coordenadas galácticas, con el centro de la Vía Láctea en el centro del mapa y el plano de la galaxia, donde residen la mayoría de sus estrellas, orientado horizontalmente a lo largo del mapa.

Mucho más lejos, la animación muestra cientos de cúmulos de galaxias, que son las estructuras más grandes del Universo unidas por la gravedad, que comprenden cientos de galaxias cada una y cantidades aún mayores de gas caliente y materia oscura invisible. La muestra de cúmulos de galaxias utilizada en este estudio ha sido seleccionada para evitar el área cercana al plano galáctico, donde la gran densidad de estrellas y gas en primer plano bloquea la vista de los cúmulos en el fondo.

Los astrónomos midieron las temperaturas de rayos X de cientos de cúmulos de galaxias en el cielo y las compararon con el brillo de los cúmulos. Si bien esperaban que los cúmulos de la misma temperatura y ubicados a una distancia similar parecieran igualmente brillantes, notaron que los cúmulos tendían a ser menos brillantes de lo esperado en una dirección del cielo que en todas las demás.

Finalmente, la animación muestra un mapa de la tasa estimada de expansión del Universo en diferentes direcciones a través del cielo, basado en los datos del cúmulo de galaxias. La tasa de expansión del Universo, indicada en términos de la llamada constante de Hubble, se muestra en diferentes colores, con tonos púrpuras que indican una tasa más lenta y tonos naranja / amarillo que indican una tasa más rápida.

La dirección en el cielo donde los cúmulos de galaxias parecían menos brillantes está representada por la región que se muestra en púrpura en este mapa. Si se confirma, el resultado podría desafiar la hipótesis de la isotropía, que asume que el Universo tiene las mismas propiedades en cada dirección a gran escala. Este efecto posiblemente desigual sobre la expansión cósmica podría ser causado por la misteriosa energía oscura.


ESA Science & amp Technology - Repensar la cosmología: la expansión del universo puede no ser uniforme

Los astrónomos han asumido durante décadas que el Universo se está expandiendo al mismo ritmo en todas las direcciones. Un nuevo estudio basado en datos de XMM-Newton de la ESA, Chandra de la NASA y los observatorios de rayos X ROSAT liderados por los alemanes sugiere que esta premisa clave de la cosmología podría estar equivocada.

Expansión cósmica medida a través del cielo. Crédito: K. Migkas et al. 2020 - CC BY-SA 3.0 OIG

Konstantinos Migkas, investigador de doctorado en astronomía y astrofísica de la Universidad de Bonn, Alemania, y su supervisor Thomas Reiprich se propusieron originalmente verificar un nuevo método que permitiría a los astrónomos probar la llamada hipótesis de isotropía. Según esta suposición, el Universo tiene, a pesar de algunas diferencias locales, las mismas propiedades en cada dirección a gran escala.

Ampliamente aceptada como consecuencia de la física fundamental bien establecida, la hipótesis ha sido apoyada por observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB). Un remanente directo del Big Bang, el CMB refleja el estado del Universo tal como era en su infancia, con solo 380 000 años de edad. La distribución uniforme del CMB en el cielo sugiere que en esos primeros días el Universo debe haberse expandido rápidamente y al mismo ritmo en todas las direcciones.

En el Universo de hoy, sin embargo, esto puede que ya no sea cierto.

"Junto con colegas de la Universidad de Bonn y la Universidad de Harvard, analizamos el comportamiento de más de 800 cúmulos de galaxias en el Universo actual."dice Konstantinos".Si la hipótesis de la isotropía fuera correcta, las propiedades de los cúmulos serían uniformes en todo el cielo. Pero en realidad vimos diferencias significativas."

Los astrónomos utilizaron mediciones de temperatura de rayos X del gas extremadamente caliente que impregna los cúmulos y compararon los datos con el brillo de los cúmulos en el cielo. Los grupos de la misma temperatura y ubicados a una distancia similar deberían aparecer igualmente brillantes. Pero eso no es lo que observaron los astrónomos.

"Vimos que los cúmulos con las mismas propiedades, con temperaturas similares, parecían ser menos brillantes de lo que esperaríamos en una dirección del cielo y más brillantes de lo esperado en otra dirección."dice Thomas."La diferencia fue bastante significativa, alrededor del 30 por ciento. Estas diferencias no son aleatorias sino que tienen un patrón claro dependiendo de la dirección en la que observemos en el cielo."

Antes de desafiar el modelo cosmológico ampliamente aceptado, que proporciona la base para estimar las distancias de los cúmulos, Konstantinos y sus colegas primero analizaron otras posibles explicaciones. Quizás, podría haber nubes de gas o polvo no detectadas que oscurezcan la vista y hagan que los grupos en un área determinada parezcan más tenues. Sin embargo, los datos no respaldan este escenario.

En algunas regiones del espacio, la distribución de los cúmulos podría verse afectada por flujos masivos, movimientos de materia a gran escala causados ​​por la atracción gravitacional de estructuras extremadamente masivas, como grandes grupos de cúmulos. Sin embargo, esta hipótesis también parece poco probable. Konstantinos agrega que los hallazgos tomaron por sorpresa al equipo.

"Si el Universo es verdaderamente anisotrópico, aunque solo sea en los últimos miles de millones de años, eso significaría un gran cambio de paradigma porque la dirección de cada objeto debería tenerse en cuenta cuando analicemos sus propiedades." él dice. "Por ejemplo, hoy, estimamos la distancia de objetos muy distantes en el Universo aplicando un conjunto de parámetros y ecuaciones cosmológicas. Creemos que estos parámetros son los mismos en todas partes. Pero si nuestras conclusiones son correctas, ese no sería el caso y tendríamos que revisar todas nuestras conclusiones anteriores."

"Este es un resultado enormemente fascinante,"comenta Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton en la ESA".Estudios anteriores han sugerido que el Universo actual podría no expandirse uniformemente en todas las direcciones, pero este resultado, la primera vez que se realiza una prueba de este tipo con cúmulos de galaxias en rayos X, tiene una importancia mucho mayor y también revela un gran potencial. para futuras investigaciones."

Los científicos especulan que este efecto posiblemente desigual sobre la expansión cósmica podría ser causado por la energía oscura, el misterioso componente del cosmos que representa la mayoría, alrededor del 69%, de su energía total. Hoy en día se sabe muy poco sobre la energía oscura, excepto que parece haber estado acelerando la expansión del Universo en los últimos miles de millones de años.

El próximo telescopio Euclid de la ESA, diseñado para obtener imágenes de miles de millones de galaxias y analizar la expansión del cosmos, su aceleración y la naturaleza de la energía oscura, podría ayudar a resolver este misterio en el futuro.

"Los hallazgos son realmente interesantes pero la muestra incluida en el estudio es aún relativamente pequeña para sacar conclusiones tan profundas,"dice René Laureijs, científico del proyecto Euclid en la ESA".Esto es lo mejor que se puede hacer con los datos disponibles, pero si realmente reconsideráramos el modelo cosmológico ampliamente aceptado, necesitaríamos más datos."

Y Euclid podría hacer exactamente eso. La nave espacial, que se lanzará en 2022, no solo podría encontrar evidencia de que la energía oscura realmente está estirando el Universo de manera desigual en diferentes direcciones, sino que también permitirá a los científicos recopilar más datos sobre las propiedades de una gran cantidad de cúmulos de galaxias, lo que podría apoyar o refutar los hallazgos actuales.

Próximamente también se obtendrán más datos del instrumento de rayos X eROSITA, construido por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. El instrumento, a bordo del satélite alemán-ruso Spektr-RG, lanzado recientemente, llevará a cabo el primer estudio de todo el cielo en rayos X de energía media, centrándose en el descubrimiento de decenas de miles de cúmulos de galaxias y centros galácticos activos previamente desconocidos.

Más información

Para más información póngase en contacto:

Konstantinos Migkas
Instituto Argelander de Astronomía
Universidad de Bonn, Alemania
Correo electrónico: kmigkasastro.uni-bonn.de

Thomas Reiprich
Instituto Argelander de Astronomía
Universidad de Bonn, Alemania
Correo electrónico: reiprichastro.uni-bonn.de

Norbert Schartel
Científico del proyecto XMM-Newton
Agencia Espacial Europea
Correo electrónico: Norbert.Schartelesa.int

Relaciones con los medios de comunicación de la ESA
Correo electrónico: mediaesa.int


Los astrónomos detectan agrupaciones de galaxias en el universo temprano

Por: Govert Schilling 26 de enero de 2021 0

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Los astrónomos han descubierto un cúmulo de galaxias que se unieron solo 770 millones de años después del Big Bang.

La impresión de un artista de un protoglúteo en el universo infantil.
ESO / M. Kornmesser

La formación gradual de cúmulos de galaxias gigantes estaba muy avanzada cuando el universo tenía 770 millones de años, solo el 5,5% de su edad actual. En esta era temprana, y en la correspondiente distancia extrema, los astrónomos han descubierto un alargado protocolo, que consta de dos sistemas de galaxias más pequeños que probablemente se fusionarán en uno.

Según el equipo de descubrimiento, el hallazgo proporciona un laboratorio natural único para investigar el proceso de reionización del universo temprano. “Es un resultado hermoso y ordenado”, comenta Huub Röttgering (Observatorio de Leiden, Países Bajos).

Los cúmulos de galaxias actuales contienen cientos de miembros individuales. Sin embargo, comenzaron hace miles de millones de años como sobredensidades leves en la distribución de las galaxias. LAGER-z7OD1, como se llama el protoglúster recién descubierto, contiene 21 galaxias en un área de solo 26,4 por 12 minutos de arco. Todos están aproximadamente a la misma distancia de la Tierra y están agrupados cinco veces más apretados de lo que es típico en las galaxias a distancias similares. El descubrimiento fue publicado el 25 de enero en Astronomía de la naturaleza.

Weida Hu (Universidad de Ciencia y Tecnología de China) y sus colaboradores encontraron el protocolo en datos de la Cámara de Energía Oscura del Telescopio Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile. Usando un filtro de infrarrojo cercano de banda estrecha, seleccionaron galaxias jóvenes por su hidrógeno ionizado, que forma una línea espectral conocida como Lyman-alfa. Esta longitud de onda ultravioleta se desplaza al rojo a longitudes de onda más largas a medida que pasa a través del universo en expansión, de modo que está en la banda del infrarrojo cercano cuando los astrónomos la ven.

Las mediciones espectroscópicas con los telescopios gemelos Magellan de 6,5 metros en Las Campanas confirmaron la distancia extrema (correspondiente a un corrimiento al rojo de 6,93) para 16 galaxias. Hu y sus colegas esperan que LAGER-z7OD1 para evolucionar hasta convertirse en un cúmulo masivo de unos 100 millones de años luz de diámetro y con casi el doble de masa que el cúmulo de Coma cercano.

Los astrónomos piensan que las jóvenes galaxias luminosas como estas son la principal fuente de radiación que (re) ionizó el gas de hidrógeno neutro en todo el universo primitivo. A 770 millones de años después del Big Bang, este proceso de reionización debe haber sido en gran parte completo. De hecho, Hu y sus colaboradores esperan que las burbujas de gas ionizado que rodean a cada galaxia individual en LAGER-z7OD1 debe estar en proceso de fusionarse en una burbuja gigante que rodea el cúmulo. (Por cierto, LAGER son las siglas de Lyman-Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization.)

Mirando hacia atrás incluso antes, los astrónomos verían que la emisión Lyman-alfa de las galaxias se desplazaba al rojo hasta el rango del infrarrojo medio, más allá del alcance de los telescopios terrestres. Ahí es donde entran los telescopios espaciales. "El telescopio espacial James Webb debería ser capaz de detectar galaxias con corrimientos al rojo de 15", dice Röttgering, "y puede descubrir los primeros protocolos con corrimientos al rojo de 10 a 13". El telescopio, que se lanzará a finales de este año, proporcionará a los astrónomos más información sobre las fuentes de radiación ionizante en el universo temprano.

Mientras tanto, las observaciones de radio realizadas por instrumentos como LOFAR (Low-Frequency Array) en Europa y la futura parte de baja frecuencia del Square Kilometer Array en Australia revelarán la distribución de las burbujas de gas ionizado en el cielo y su crecimiento con el tiempo. Röttgering dice: "Dentro de diez años, tendremos una mejor comprensión de la Época de la Reionización".


¡Sorpresa! La tasa de expansión del universo puede variar de un lugar a otro.

Los nuevos resultados desafían un principio básico de la cosmología moderna.

Después de todo, el universo puede no ser el mismo en todas las direcciones.

La tasa de expansión de el universo parece variar de un lugar a otro, informa un nuevo estudio. Este hallazgo, si se confirma, obligaría a los astrónomos a reevaluar qué tan bien entienden el cosmos.

"Uno de los pilares de la cosmología, el estudio de la historia y el destino de todo el universo, es que el universo es 'isotrópico', es decir, lo mismo en todas las direcciones", dijo el autor principal del estudio, Konstantinos Migkas, de la Universidad de Bonn en Alemania. , dijo en un comunicado. "Nuestro trabajo muestra que puede haber grietas en ese pilar".

El universo se ha expandido continuamente durante más de 13,8 mil millones de años, desde entonces el Big Bang - y a un ritmo acelerado, gracias a una fuerza misteriosa llamada energía oscura. Las ecuaciones basadas en la teoría de la relatividad general de Einstein sugieren que esta expansión es isotrópica en grandes escalas espaciales, escribió Migkas el martes (7 de abril) en un entrada en el blog sobre el nuevo estudio.

Observaciones de la fondo de microondas cósmico (CMB), la radiación que impregna el universo que quedó del Big Bang, apoya esta noción, agregó: "El CMB parece ser isotrópico, y los cosmólogos extrapolan esta propiedad del universo muy temprano a nuestra época actual, casi 14 mil millones de años. mas tarde."

Pero no está claro qué tan válida es esta extrapolación, enfatizó, y señaló que energía oscura ha sido el factor dominante en la evolución del universo durante los últimos 4 mil millones de años aproximadamente. La "naturaleza desconcertante de la energía oscura aún no ha permitido que los astrofísicos la comprendan correctamente", escribió Migkas. "Por lo tanto, asumir que es isotrópico es casi un acto de fe por ahora. Esto resalta la urgente necesidad de investigar si el universo de hoy es isotrópico o no".

El nuevo estudio informa los resultados de una de esas investigaciones. Migkas y sus colegas estudiaron 842 cúmulos de galaxias, las estructuras unidas gravitacionalmente más grandes del universo, utilizando datos recopilados por tres telescopios espaciales: el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el XMM-Newton de Europa y el Satélite Avanzado de Cosmología y Astrofísica, un conjunto japonés-estadounidense. misión que terminó en 2001.

Los investigadores determinaron la temperatura de cada grupo analizando las emisiones de rayos X provenientes de enormes campos de gas caliente dentro de ellos. Utilizaron esta información de temperatura para estimar la luminosidad de rayos X inherente de cada cúmulo, sin necesidad de tener en cuenta variables cosmológicas como la tasa de expansión del universo.

Luego, los investigadores calcularon la luminosidad de los rayos X para cada cúmulo de una manera diferente, una que requería conocimiento de la expansión del universo. Hacerlo reveló tasas de expansión aparentes en todo el cielo, y estas tasas no coincidían en todas partes.

"Logramos identificar una región que parece expandirse más lentamente que el resto del universo, ¡y una que parece expandirse más rápido!" Migkas escribió en la publicación del blog. "Curiosamente, nuestros resultados concuerdan con varios estudios previos que usó otros métodos, con la diferencia de que identificamos esta 'anisotropía' en el cielo con una confianza mucho mayor y usando objetos que cubren todo el cielo de manera más uniforme ".

Es posible que este resultado tenga una explicación relativamente prosaica. Por ejemplo, quizás los cúmulos de galaxias en las áreas anómalas estén siendo arrastrados gravitacionalmente con fuerza por otros cúmulos, dando la ilusión de una tasa de expansión diferente.

Tales efectos se ven a escalas espaciales más pequeñas en el universo, dijeron los investigadores. Pero el nuevo estudio investiga grupos de hasta 5 mil millones de años luz de distancia, y no está claro si los remolcadores gravitacionales podrían abrumar las fuerzas de expansión en distancias tan vastas, agregaron.

Si las diferencias observadas en la tasa de expansión son realmente reales, podrían revelar nuevos e intrigantes detalles sobre cómo funciona el universo. Por ejemplo, tal vez la energía oscura en sí misma varíe de un lugar a otro en todo el cosmos.

"Sería notable si se descubriera que la energía oscura tiene diferentes puntos fuertes en diferentes partes del universo", dijo en el mismo comunicado el coautor del estudio Thomas Reiprich, también de la Universidad de Bonn. "Sin embargo, se necesitaría mucha más evidencia para descartar otras explicaciones y hacer un caso convincente".

El nuevo estudio aparece en la edición de abril de 2020 de la revista Astronomy and Astrophysics. Puede leerlo de forma gratuita en el sitio de preimpresión en línea arXiv.org.

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Estos tipos de anisotropías en conjuntos de datos aislados se han informado en numerosas ocasiones, y la cosmología LCDM uniforme ha sobrevivido. La razón principal es que las síntesis de datos integradas, como las del grupo Planck, las eliminan o las alivian.

Si bien es técnicamente cierto que los datos sondean más lejos, los datos principales son extremadamente locales, con un radio de & lt 1 Glyrs (z & lt 0,1). En su mayoría es & lt 10% de falta de uniformidad y menos de la significación necesaria de 5 sigma en eso. Agregarán más datos, lo que presumiblemente también moverá la sonda más lejos, lo que será interesante.

Creo que el departamento de cosmología necesita una verificación * de hechos * para muchas de las afirmaciones que se presentan comúnmente al público :) Aquí hay otro informe sobre este problema de tasa de expansión, Repensar la cosmología: la expansión del universo puede no ser uniforme (Actualización) El informe decía: "Los astrónomos han asumido durante décadas que el Universo se está expandiendo al mismo ritmo en todas direcciones. Un nuevo estudio basado en datos de XMM-Newton de la ESA, Chandra de la NASA y los observatorios de rayos X ROSAT liderados por los alemanes sugiere que esta premisa clave de la cosmología podría Esta hipótesis, ampliamente aceptada como consecuencia de la física fundamental bien establecida, ha sido apoyada por observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB). Un remanente directo del Big Bang, el CMB refleja el estado del Universo tal como estaba en su infancia, con solo 380 000 años de edad. La distribución uniforme del CMB en el cielo sugiere que en esos primeros días el Universo debe haberse expandido rápidamente y al mismo ritmo en todas las direcciones. Universo, sin embargo, esto puede que ya no sea cierto. "Junto con colegas de la Universidad de Bonn y la Universidad de Harvard, observamos el comportamiento de más de 800 cúmulos de galaxias en el Universo actual", dice Konstantinos. "Si la hipótesis de la isotropía fuera correcta, las propiedades de los cúmulos serían uniformes en todo el cielo. Pero en realidad vimos diferencias significativas".

Tenga en cuenta que el origen del CMB y el corrimiento al rojo utilizados para explicar la evolución de la bola de fuego cósmica que creó el universo, la temperatura uniforme o casi uniforme observada en el CMBR hoy se interpreta que significa que * debe haberse expandido rápidamente y al mismo ritmo en todas las direcciones. En el universo de hoy, sin embargo, esto puede que ya no sea cierto ".

¿Qué? Esto debería plantear preguntas sobre las diversas tasas de expansión utilizadas en cosmología y cómo se confirman estas diferentes tasas de expansión. Actualmente, se considera que la uniformidad de CMBR representa un corrimiento al rojo donde z = 1000 o más según la tasa de expansión y el tamaño del universo. Sin embargo, las galaxias con altos corrimientos al rojo son medidas espectrales, el corrimiento al rojo CMBR no lo es, es una extrapolación que depende de la tasa de expansión, esto parece ser diferente ahora. Esto no es lo mismo que los espectros obtenidos para las galaxias con alto corrimiento al rojo, sino una interpretación dependiente del modelo para el corrimiento al rojo o z. Por ejemplo, 'Caracterización del entorno alrededor de la galaxia más distante conocida', https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019hst..prop15977O/abstract, “El descubrimiento de la muy luminosa galaxia GN-z11 a solo 400 Myr después del Big Bang en el campo GOODS-North con un corrimiento al rojo espectroscópico del grismo HST de z = 11.1 +/- 0.1 presenta un verdadero rompecabezas para la ciencia del Universo primitivo. Su detección plantea preguntas importantes sobre nuestra comprensión de la formación temprana de galaxias ... "

Noto una diferencia aquí. *corrimiento al rojo espectroscópico* versus la interpretación dependiente del modelo de la temperatura original alrededor de 3000K versus cerca de 3K hoy para el CMBR donde z = 1000 o más.

El último informe sobre la tasa de expansión publicado, ahora leemos que la tasa de expansión utilizada para calcular el número z para el desplazamiento al rojo CMBR, la tasa de expansión puede no ser uniforme y cambiar. Parece que z = 1000 o más puede no estar confirmado, ciertamente no confirmado usando el mismo método que el corrimiento al rojo GN-z11.

La cifra de desplazamiento al rojo de más de 1000 se basa en parte en una física bien establecida y en parte en el paradigma BB ".

La tasa de expansión utilizada para calcular el corrimiento al rojo a partir de * la superficie de la última dispersión * es diferente ahora o actualmente se mide diferente en el universo que la que se usa en el modelo BB. El corrimiento al rojo de CMBR podría ser menor o incluso mayor o quizás ningún corrimiento al rojo para la evolución de la bola de fuego cósmica :)

Sabes, Rod, la sala de recreación del Departamento de Cosmología tiene un tablero de dardos con tu foto. ¡He oído que se usa con bastante frecuencia!

No recuerdo ninguna de estas publicaciones que mencionen Dark Energy (DE), probablemente no sea necesario desde la perspectiva del debate. Parecería que DE, que fue "inventado" para explicar el aumento en la tasa de expansión, tendría que ser asimétrico en su distribución si esta nueva interpretación es correcta. Sospecho que esta es la razón por la que sugiere que la hipótesis de DE y / o todo el BB necesita una reevaluación. Después de todo, la cosmología BB se basa en la simetría en todos los aspectos, a menos que me equivoque. Por supuesto, siempre podría haber alguna otra forma de materia / energía que desconocemos, o que aún no hemos inventado, sobre la que se superpone la expansión, lo que imparte asimetría (si esta historia es precisa).

En una de las mayores subestimaciones que he leído, del artículo:

La naturaleza desconcertante de la "energía oscura" aún no ha permitido que los astrofísicos la comprendan correctamente ", escribió Migkas." Por lo tanto, asumir que es isotrópica es casi un acto de fe por ahora. Esto resalta la urgente necesidad de investigar si el universo de hoy es isótropo o no "".

Suponiendo que sea real, cualquier cosa que no sea la DE isotrópica necesitaría un salto de fe, ya que se presume que es la mayor parte de la masa-energía del universo. Si no es isotrópico, alguien tiene que dar una explicación muy seria, o eso me parece a mí.

Solo ten cuidado con la caña. El tablero de dardos solo le da más munición para los contraataques. Tenlos.

¿Sueno como una demencia en etapa temprana, o la física se está complicando por la sobrecarga de datos?

La tasa de expansión del universo parece variar de un lugar a otro, informa un nuevo estudio. Este hallazgo, si se confirma, obligaría a los astrónomos a reevaluar qué tan bien entienden el cosmos.

¡Sorpresa! La tasa de expansión del universo puede variar de un lugar a otro: Leer más

Por supuesto, la expansión no es isótropa porque su base teórica, la relatividad de Einstein, es incorrecta. En primer lugar, no debería llamarse la expansión del "universo", sino la expansión de la parte visible del universo porque nunca podemos reclamar nada sobre el universo entero, que se define como la colección de todo sin fronteras.

En segundo lugar, la relatividad de Einstein ya ha sido refutada tanto teórica como experimentalmente (ver https://www.researchgate.net/publication/297527784_Challenge_to_the_Special_Theory_of_Relativity). La evidencia experimental más conocida es que el tiempo del GPS es absoluto porque todos los relojes atómicos en los satélites GPS están sincronizados para mostrar el mismo tiempo absoluto en relación con todos los marcos de referencia (tierra, cada satélite, etc.), mientras que la relatividad especial nos dice ese tiempo es relativo y los relojes nunca pueden sincronizarse en relación con más de un sistema de referencia inercial. Por tanto, el tiempo es absoluto sin principio ni fin, e independiente del espacio tridimensional que no tiene fronteras. No tiene sentido hablar de la edad del universo. A lo sumo, solo podemos hablar del tiempo desde el inicio de la expansión actual de la parte visible del universo.

En tercer lugar, la parte visible del universo es una colección de objetos celestes (galaxias, cúmulos de galaxias, etc.) que parecen estar en un proceso de ciclos periódicos de implosión impulsada por la gravitación y explosión impulsada por la presión del éter. Parece que actualmente estamos en la etapa de expansión acelerada de una explosión. Al igual que la explosión de una bomba, la expansión de la parte visible del universo nunca debería ser isótropa.

Por supuesto, la expansión no es isótropa porque su base teórica, la relatividad de Einstein, es incorrecta. Firstly, it should not be called the expansion of "the universe", but the expansion of the visible part of the universe because we can never claim anything about the entire universe which is defined as the collection of everything without boundaries.

Secondly, Einstein's relativity has already been disproved both theoretically and experimentally (see https://www.researchgate.net/publication/297527784_Challenge_to_the_Special_Theory_of_Relativity ). The most well-known experimental evidence is that the time of GPS is absolute because all atomic clocks on the GPS satellites are synchronized to show the same absolute time relative to all reference frames (ground, each satellite, etc), while special relativity tells us that time is relative and clocks can never be synchronized relative to more than one inertial reference frame. Therefore, time is absolute without beginning and end, and independent of the three dimensional space which does not have boundaries. It is non-sense to talk about the age of the universe. At most, we can only talk about the time from the beginning of the current expansion of the visible part of the universe.

Thirdly, the visible part of the universe is a collection of celestial objects (galaxies, clusters of galaxies, etc) which seem in a process of periodical cycles of implosion driven by gravitation and explosion driven by the pressure of aether. It seems that we are currently in the accelerating expansion stage of an explosion. Just like the explosion of a bomb, the expansion of the visible part of the universe should never be isotropic.

"After a Lorentz transformation from a moving inertial reference frame to a stationary inertial reference frame, the time in the moving frame is dilated by a factor γ , but the frequency of a clock in the moving frame decreases by the same factor γ , leaving the resulting product (i.e., the time displayed by the moving clock) unchanged. " - this is describing the same effect, even if they were independent they'd be additive, not offsetting.

GPS times are compensated for relativity http://www.astronomy.ohio-state.edu/

pogge/Ast162/Unit5/gps.htmlAs well as other factors https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4570298/

I think the cosmology department needs a *fact* check for many of the claims commonly presented to the public :) Here is another report on this rate of expansion problem, Rethinking cosmology: Universe expansion may not be uniform (Update) The report stated, "Astronomers have assumed for decades that the Universe is expanding at the same rate in all directions. A new study based on data from ESA's XMM-Newton, NASA's Chandra and the German-led ROSAT X-ray observatories suggests this key premise of cosmology might be wrong. Widely accepted as a consequence of well-established fundamental physics, the hypothesis has been supported by observations of the cosmic microwave background (CMB). A direct remnant of the Big Bang, the CMB reflects the state of the Universe as it was in its infancy, at only 380 000 years of age. The CMB's uniform distribution in the sky suggests that in those early days the Universe must have been expanding rapidly and at the same rate in all directions. In today's Universe, however, this may no longer be true. "Together with colleagues from the University of Bonn and Harvard University, we looked at the behaviour of over 800 galaxy clusters in the present Universe," says Konstantinos. "If the isotropy hypothesis was correct, the properties of the clusters would be uniform across the sky. But we actually saw significant differences."

Note, the origin of the CMB and redshift used to explain the evolution of the cosmic fireball that created the universe, the uniform or nearly uniform temperature observed in the CMBR today is interpreted to mean *must have been expanding rapidly and at the same rate in all directions. In today's Universe, however, this may no longer be true."

What? This should raise questions here about the various rates of expansion used in cosmology and how these different expansion rates are confirmed. The CMBR uniformity today is considered to represent a redshift where z=1000 or more based upon the expansion rate and size of the universe. However, galaxies with high redshifts are spectral measurements, the CMBR redshift is not, it is an extrapolation dependent on the rate of expansion, this seems to be different now. This is not the same as spectra obtained for high redshift galaxies, but a model dependent interpretation for the redshift or z. For example, ‘Characterizing the Environment Around The Most Distant Known Galaxy’, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019hst..prop15977O/abstract, “The discovery of the very luminous galaxy GN-z11 at only 400 Myr after the Big Bang in the GOODS-North field with an HST grism spectroscopic redshift of z=11.1+/-0.1 presents a real puzzle for early Universe science. Its detection raises significant questions about our understanding of early galaxy formation…”

I note a difference here. *spectroscopic redshift* vs. the model dependent interpretation of original temperature some 3000K vs. near 3K today for the CMBR where z=1000 or more.

The latest report on expansion rate published, now we read that the rate of expansion used to calculate the z number for the CMBR redshift, the expansion rate may not be uniform and changed. Seems like z=1000 or more may not be confirmed, certainly not confirmed using the same method as GN-z11 redshift.

1000, it is based on the plasma black body temperature then (T

3,000 K) and the CMB black body temperature now (T

3 K) - the photons in the spectra have been stretched a factor 1,000 during their travel due to the universe having expanded that much. It is done by observing spectra, even if they have no spectroscopic lines. (But technically the many antenna filters in the Planck observatory did a spectroscopic decomposition, so again, your terminological mileage may vary.)

In any case, this result will most likely be met with the same shrug I gave it. Maybe the tension will be over 5 sigma when they go another round of data collection, maybe not. Maybe they can integrate more data and be more convincing, maybe not. Maybe a 10 % nonuniformity is problematic, maybe not. (I don't think they studied that.)

You know rod, the Department of Cosmology's rec room has a dart board, with your picture on it. Have heard it is used quite frequently!

I don't recall any of these posts mentioning Dark Energy (DE) - probably not required from the debate perspective. It would seem that DE, which was "invented" to explain increasing in expansion rate, would have to be asymmetric in its distribution if this new interpretation is correct. I suspect this is why it suggests that the hypothesis of DE and/or the entire BB needs re-evaluation. After all, BB cosmology is based on symmetry in all aspects, unless I am mistaken. Of course there could always be some other form of matter/energy we are unaware of, or have not yet invented, on which the expansion is superimposed, which imparts asymmetry (if this story is accurate).

In one of the greatest understatements I ever read, from the article :

"Dark energy's "baffling nature has not yet allowed astrophysicists to understand it properly," Migkas wrote. "Therefore, assuming it to be isotropic is almost a leap of faith for now. This highlights the urgent need to investigate if today's universe is isotropic or not.""

Assuming it is real, anything but isotropic DE would need a leap in faith, since it is presumed to be the largest part of the mass-energy of the universe. If it is not isotropic, someone has some very serious explaining to do, or so it seems to me.

Just watch out for rod. The dart board only gives him more ammo for counter-attacks. Have at 'em.

Do I sound like early-stage dementia, or is the physics getting jumbled up by data overload?

On the contrary, few cosmologists entertain these notions, it is all in the public meme sector. The statement you refer to is a severe overstatement as far as I can see, dark energy nature is not baffling as much as its value was (and there are explanations for that now), and cosmological homogeneity and isotropy has been well studied from the start of modern cosmology.

I refer to Wikipedia om the history of dark energy and to my comment on the isotropy results in context.

Of course, the expansion is not isotropic because its theoretical base - Einstein's relativity is wrong. Firstly, it should not be called the expansion of "the universe", but the expansion of the visible part of the universe because we can never claim anything about the entire universe which is defined as the collection of everything without boundaries.

Secondly, Einstein's relativity has already been disproved both theoretically and experimentally (see https://www.researchgate.net/publication/297527784_Challenge_to_the_Special_Theory_of_Relativity ). The most well-known experimental evidence is that the time of GPS is absolute because all atomic clocks on the GPS satellites are synchronized to show the same absolute time relative to all reference frames (ground, each satellite, etc), while special relativity tells us that time is relative and clocks can never be synchronized relative to more than one inertial reference frame. Therefore, time is absolute without beginning and end, and independent of the three dimensional space which does not have boundaries. It is non-sense to talk about the age of the universe. At most, we can only talk about the time from the beginning of the current expansion of the visible part of the universe.

Thirdly, the visible part of the universe is a collection of celestial objects (galaxies, clusters of galaxies, etc) which seem in a process of periodical cycles of implosion driven by gravitation and explosion driven by the pressure of aether. It seems that we are currently in the accelerating expansion stage of an explosion. Just like the explosion of a bomb, the expansion of the visible part of the universe should never be isotropic.

No other theory for gravity has stood up as well as Einstein's general relativity, which is why relativistic LCDM is reigning. The contenders are mostly dead: https://www.quantamagazine.org/troubled-times-for-alternatives-to-einsteins-theory-of-gravity-20180430/ .

"New observations of extreme astrophysical systems have “brutally and pitilessly murdered” attempts to replace Einstein’s general theory of relativity."

"Many researchers knew that the merger would be a big deal, but a lot of them simply “hadn’t understood their theories were on the brink of demise,” he later wrote in an email. In Saclay, he read them the last rites. “That conference was like a funeral where we were breaking the news to some attendees.”"

Your points are really not problematic for cosmology.

- LCDM models the entire universe, since 1) there is no known reason not to and 2) it is more likely compared to any constrained version in a likelihood ratio test.
- Your reference is self promotion. It is an essay of "examination" in something that looks like a shoddy philosophical journal (refers to "views" rather than to references and testing), not a research paper. It's possibly even a predatory "journal" since it is been discontinued from data bases several times https://en.wikipedia.org/wiki/Physics_Essays ] and is now listed in "Emerging Sources Citation index" which is described as containing predatory journals https://en.wikipedia.org/wiki/Emerging_Sources_Citation_Index ]. And I note, it isn't describing relativity at all, since it doesn't use the defining property of clocks - frequency stability. See more on that in ty2010b comment.
- The last claim of error in relativity doesn't seem to make any sense, especially in relation to relativity (which famously has no "aether"). It all depends on scale - galaxies are too small to affect cosmology, galaxy clusters lives in cosmic filaments that are still condensing from gravity over time, the universe is and has always been expanding - so it is hard to extract any overall "cycles". Except on universe scale, which as I noted has none. LCDM says it can't have cycles with the content of our universe being as it is (the inner state decides expansion rates), and all our observations agree.

To sum up, you propose to replace the last century of well founded, well tested physics advance with a non founded claim that Newtonian physics is better (it isn't - it is more restricted), and an erroneous understanding of universe expansion: the universe is expanding in every volume, so it can't have a center or be "an explosion". As they say, big bang was a point in time, not a point in space. It is impossible to make that switch back, it can't explain what we see. C.f. how you don't make sense in regards to cosmological expansion, or to the universal speed limit (light speed in vacuum).

T, surely you would not want this to be an echo chamber. What would you debate? My advisor told me early on to always listen to potential variations from your own ideas and models. No one can be right about everything!

And could you be as brief as possible (sparing your time) about "On the contrary, few cosmologists entertain these notions, it is all in the public meme sector. "? Like maybe top five on your hit list of meme nonsense.


Must all galaxies in a galaxy cluster have the same expansion rate? - Astronomía

Why do we care so much about finding distances in astronomy? If we know the distance to a star, we can determine its luminosity and mass. We can then discover a correlation between luminosity, mass, and temperature for main sequence stars that our physical theories must account for. Finding distances to stellar explosions like planetary nebulae and supernovae enables us to find the power needed to make the gaseous shells visible and how much was needed to eject them at the measured speeds. Stellar distances and distances to other gaseous nebulae are necessary for determining the mass distribution of our galaxy. We then have been able to discover that most of the mass in our Galaxy is not producing light of any kind and is in a dark halo around the visible parts of the Galaxy.

Finding distances to other galaxies enables us to find their mass, luminosity, and star formation history among other things. We're better able to hone in on what is going on in some very active galactic cores and also how much dark matter is distributed among and between galaxy cluster members. From galaxy distances, we're also able to answer some cosmological questions like the large-scale geometry of space, the density of the universe needed to stop the expansion (called W [``Omega'']), age of the universe, and whether or not the universe will be expanding. The cosmological questions will be discussed fully in the next chapter on cosmology. This is only a quick overview of the reasons for distance measurements and is by no means an exhaustive list of reasons why we care about distance measurements.

Now let's take a look at the distance scale ladder. The bottom foundational rung of the ladder is the most accurate and the most certain of all the distance determination methods. As we climb upward, each rung depends on the previous rung and is less certain than the previous one.

Rung 1: The Astronomical Unit

Rung 2: Geometric Methods

Rung 3: Main Sequence Fitting and Spectroscopic Parallax

The entire main sequence of a cluster is used in the same way to find the distance to the cluster. We first plot the cluster's main-sequence on a color-magnitude diagram with apparent magnitudes, not absolute magnitude. We find how far the unknown main sequence needs to be shifted vertically along the magnitude axis to match the calibrated main sequence.

The age of the cluster affects the main sequence. An older cluster has only fainter stars left on the main sequence. Also, stars on the main sequence brighten slightly at a constant temperature as they age so they move slightly vertically on the main sequence. We must model the main sequence evolution to get back to the Zero-Age Main Sequence. This method assumes that all Zero-Age main sequence stars of a given temperature (and, hence, mass) start at the same luminosity. These methods can be used to find distances out to 50 kiloparsecs.

Rung 4: Period-Luminosity Relation for Variable Stars

RR-Lyrae have the same time-averaged luminosity (about 49 solar luminosities or an absolute magnitude METROV = +0.6). They pulsate with periods < 1 day. Cepheids pulsate with periods > 1 day. The longer the pulsation, the more luminous they are. There are two types of Cepheids: classical (brighter, type I) and W Virginis (fainter, type II). They have different light curve shapes. The period-luminosity relation enables us to find distances out to 4 megaparsecs (40 megaparsecs with the Hubble Space Telescope).

Rung 5a: Galaxy Luminosity vs. Another Bright Feature

Rung 5b: Luminosity or Size of Bright Feature

Rung 6: Galaxy Luminosity and Inverse Square Law

La Hubble law relates a galaxy's recession (expansion) speed with its distance: speed = Ho distance. the redshift is easy, but measuring the distance is not. We can calibrate the Hubble law using galaxies out to 500 megaparsecs.

Rung 7: Hubble Law

Rung 4 is the critical one now for the distance scale ladder. With the fixed Hubble Space Telescope, we are able to use the Cepheid P-L relation out to distances ten times further than what we can do now on the ground. The ground measurements of the Hubble constant are 50--100 km/sec/Mpc (a factor of two in range!). With Cepheid observations at farther away distances, we're able to constrain its value to 75 - 85 km/sec/Mpc. The value of 1/Ho is a rough upper limit on the age of the universe (assuming constant recession speeds!). The new Hubble constant measurements are implying an universe age of only 12 - 13 billion years. This is in conflict with the ages derived for the oldest stars (found in globular clusters) of about 15 - 16 billion years. Right now, there is a lot more confidence in the age determinations for the oldest stars than for the age of the universe. This is because we are still quite uncertain as to the history of the expansion speeds and what all can affect the expansion speed. So the recent Hubble Space Telescope distance measurements have forced astronomers to attack the deficiencies in the theory of the universe expansion.

Recent very accurate parallax measurements from the Hipparcos satellite call for revisions in the calibration of the Cepheid period-luminosity relation and the distances to globular clusters that may slightly lower the derived ages for the globular clusters and slightly increase the derived age of the universe enough so the globular cluster ages may just fit under the universe age boundary. Stay tuned for more late-breaking announcements!

Review Questions

  1. Why is finding accurate extragalactic distances so important?
  2. What are the more accurate or more certain ways to measure distances? What are the less accurate (less certain) ways to measure distances? What assumptions do we make when using the less certain techniques?
  3. What is the ? What two things does it relate? Why is it important?

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last update: 03 December 1997

(661) 395-4526
Bakersfield College
Physical Science Dept.
1801 Panorama Drive
Bakersfield, CA 93305-1219


Título del cuadro de investigación

A survey of galaxy clusters by NASA's Hubble Space Telescope has found what could be some of the most distant clusters ever seen. If the distances and masses of the clusters are confirmed by ground-based telescopes, the survey may hold clues to how galaxies quickly formed into massive large-scale structures after the Big Bang, and what that may mean for the eventual fate of the universe.

According to theoretical models, if the clusters turn out to be massive and very distant, it could imply that the cosmos does not contain enough matter for gravity to stop the expansion of the universe. These models predict that such a low-density universe would have built most of its galaxy clusters long ago.

About 10 to 20 of the farthest clusters in the Hubble survey may be over seven billion light years away, which means that the clusters, and their populations of tens or perhaps hundreds of galaxies each, were fully assembled early in the history of the universe.

Present distance estimates are based on the colors of the galaxies in each cluster. The redder the overall cluster appears, the more distant it is, an assumption based on the apparent reddening of light - known as red shift - as stars and galaxies move away from us at high speeds. The distances can be more accurately measured using a spectrograph attached to a ground-based telescope.

The Hubble survey contains 92 new clusters uncovered during a six-year sky survey known as the Medium Deep Survey, led by a team of astronomers now at Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA.

The project has been led by Professor Richard Griffiths and senior scientist Dr. Kavan Ratnatunga. The catalog samples an area of the sky that is small, but scattered over 300 random directions.

The clusters were found using an automated procedure developed by the Carnegie Mellon team. They first identified large elliptical galaxies in random fields taken by Hubble. Next, an automated procedure was used to search statistically for an over-abundance of galaxies around the large elliptical galaxies. The assumption is that the excess galaxies all belong to the same cluster. This procedure helped to discriminate clusters against the field galaxy population which is smoothly distributed across the sky

Major new telescopes must be used to study these clusters to measure their distances.

The Hubble observations will be published in the Astronomical Journal. The research team members are: E. J. Ostrander K. U. Ratnatunga and R. E. Griffiths, Department of Physics, Carnegie Mellon University.

The Space Telescope Science Institute is operated by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. (AURA) for NASA, under contract with the Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD. The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency (ESA).

Credits:K. Ratnatunga, R. Griffiths (Carnegie Mellon University), and NASA


Rethinking Cosmology: The Universe's Expansion May Not Be Uniform

Astronomers have assumed for decades that the Universe is expanding at the same rate in all directions. A new study based on data from ESA's XMM-Newton, NASA's Chandra and the German-led ROSAT X-ray observatories suggests this key premise of cosmology might be wrong.

Konstantinos Migkas, a PhD researcher in astronomy and astrophysics at the University of Bonn, Germany, and his supervisor Thomas Reiprich originally set out to verify a new method that would enable astronomers to test the so-called isotropy hypothesis. According to this assumption, the Universe has, despite some local differences, the same properties in each direction on the large scale.

Widely accepted as a consequence of well-established fundamental physics, the hypothesis has been supported by observations of the cosmic microwave background (CMB). A direct remnant of the Big Bang, the CMB reflects the state of the Universe as it was in its infancy, at only 380 000 years of age. The CMB's uniform distribution in the sky suggests that in those early days the Universe must have been expanding rapidly and at the same rate in all directions.

In today's Universe, however, this may no longer be true.

"Together with colleagues from the University of Bonn and Harvard University, we looked at the behaviour of over 800 galaxy clusters in the present Universe," says Konstantinos. "If the isotropy hypothesis was correct, the properties of the clusters would be uniform across the sky. But we actually saw significant differences."

The astronomers used X-ray temperature measurements of the extremely hot gas that pervades the clusters and compared the data with how bright the clusters appear in the sky. Clusters of the same temperature and located at a similar distance should appear similarly bright. But that is not what the astronomers observed.

"We saw that clusters with the same properties, with similar temperatures, appeared to be less bright than what we would expect in one direction of the sky, and brighter than expected in another direction," says Thomas. "The difference was quite significant, around 30 per cent. These differences are not random but have a clear pattern depending on the direction in which we observed in the sky."

Before challenging the widely accepted cosmology model, which provides the basis for estimating the cluster distances, Konstantinos and colleagues first looked at other possible explanations. Perhaps, there could be undetected gas or dust clouds obscuring the view and making clusters in a certain area appear dimmer. The data, however, do not support this scenario.

In some regions of space the distribution of clusters could be affected by bulk flows, large-scale motions of matter caused by the gravitational pull of extremely massive structures such as large cluster groups. This hypothesis, however, also seems unlikely. Konstantinos adds that the findings took the team by surprise.

"If the Universe is truly anisotropic, even if only in the past few billion years, that would mean a huge paradigm shift because the direction of every object would have to be taken into account when we analyse their properties," he says. "For example, today, we estimate the distance of very distant objects in the Universe by applying a set of cosmological parameters and equations. We believe that these parameters are the same everywhere. But if our conclusions are right than that would not be the case and we would have to revisit all our previous conclusions."

"This is a hugely fascinating result," comments Norbert Schartel, XMM-Newton project scientist at ESA. "Previous studies have suggested that the present Universe might not be expanding evenly in all directions, but this result - the first time such a test has been performed with galaxy clusters in X-rays - has a much greater significance, and also reveals a great potential for future investigations."

The scientists speculate this possibly uneven effect on cosmic expansion might be caused by dark energy, the mysterious component of the cosmos which accounts for the majority - around 69% - of its overall energy. Very little is known about dark energy today, except that it appears to have been accelerating the expansion of the Universe in the past few billion years.

ESA's upcoming telescope Euclid, designed to image billions of galaxies and scrutinise the expansion of the cosmos, its acceleration and the nature of dark energy, might help solve this mystery in the future.

"The findings are really interesting but the sample included in the study is still relatively small to draw such profound conclusions," says René Laureijs, Euclid project scientist at ESA. "This is the best one could do with the available data, but if we were to really re-think the widely accepted cosmological model, we would need more data."

And Euclid might do exactly that. The spacecraft, to be launched in 2022, might not only find evidence that dark energy is really stretching the Universe unevenly in different directions, it will also enable the scientists to gather more data on the properties of a large amount of galaxy clusters, which might support or disprove the current findings.

Further data will also come soon from the X-ray eROSITA instrument, built by the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. The instrument, aboard the recently launched German-Russian satellite Spektr-RG, will conduct the first all-sky survey in medium energy X-rays, focusing on the discovery of tens of thousands previously unknown galaxy clusters and active galactic centres.

'Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX−Tscaling relation' by K. Migkas et al. (2020) is published in Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/201936602).


Must all galaxies in a galaxy cluster have the same expansion rate? - Astronomía

If a cluster of galaxies today is observed at a net redshift of, say z=0.20 and the observed diameter of the cluster is x Megaparsecs, way out in the future if the net redshift of the same cluster is measured to be z=0.22 (due to the cosmic expansion) would its observed diameter still be x Megaparsecs? I know that the motions of the member galaxies of a cluster are described by Newtonian Mechanics and the actual diameters will not change but what would we observe from our rest frame here on earth as far as redshift versus apparent cluster diameter?

My inability to find an answer to the above arises from the fact that within a cluster most of the spacetime is void of light emitting baryonic matter, and how would, then, this seemingly "empty" space appear to us in the face of an expanding universe?

The answer to your question is "more or less yes". The reason is that in a cluster of galaxies, the mutual gravity between the various galaxies is able to overcome the cosmic expansion and hang on together as a gravitationally bound system. Thus within the cluster, the galaxies will not be expanding away from each other. Instead their motions will be governed by the complex gravitational potential of the cluster itself.

As a simple example of this, the Andromeda spiral galaxy, which is a member of the local group along with the Milky Way is currently coming towards us rather than receding from us as it should be if its motion is dominated by cosmic expansion. Here again, because the members of a group are gravitationally bound, they will not obey cosmic expansion.

Technically, the speeds of individual galaxies in a cluster other then the joint recession (since the cluster as a whole is receding away from us due to expansion) are called "peculiar velocities". Our own galaxy is falling towards the Virgo cluster at the current moment. So, a cluster will more or less retain its size rather than expand with the expansion of the Universe. As a result, when the cluster gets farther away from us, only its angular size will decrease.

This page was last updated on June 27, 2015

Sobre el Autor

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep built a new receiver for the Arecibo radio telescope that works between 6 and 8 GHz. He studies 6.7 GHz methanol masers in our Galaxy. These masers occur at sites where massive stars are being born. He got his Ph.D from Cornell in January 2007 and was a postdoctoral fellow at the Max Planck Insitute for Radio Astronomy in Germany. After that, he worked at the Institute for Astronomy at the University of Hawaii as the Submillimeter Postdoctoral Fellow. Jagadheep is currently at the Indian Institute of Space Scence and Technology.