Astronomie

Toutes les galaxies d'un amas de galaxies doivent-elles avoir le même taux d'expansion ?

Toutes les galaxies d'un amas de galaxies doivent-elles avoir le même taux d'expansion ?

Si nous observons un amas de galaxies lointaines où toutes les galaxies se déplacent avec la même vitesse loin de nous, à l'exception d'une galaxie dont la vitesse est nettement inférieure à celle des galaxies voisines. Cela contredit-il nécessairement le principe de l'expansion de l'univers ?


L'univers pourrait ne pas s'étendre de la même manière dans toutes les directions, suggère une nouvelle étude de la Nasa et de l'ESA, remettant en question l'idée fondamentale de la cosmologie

Notre univers ne s'étend peut-être pas à la même vitesse dans toutes les directions, selon une nouvelle étude, remettant en question l'une de nos idées de base sur l'univers.

L'hypothèse selon laquelle l'univers est isotrope - ou le même dans toutes les directions - a étayé le reste de notre compréhension de l'origine du cosmos et de sa direction potentielle. Les chercheurs sont presque certains qu'au moins à ses débuts, l'univers était en expansion uniforme.

Mais cette hypothèse pourrait être fausse, du moins dans l'univers d'aujourd'hui, selon une nouvelle étude utilisant les données des observatoires de la Nasa et de l'Agence spatiale européenne. Les chercheurs utilisant ces informations ont découvert que les différentes parties de l'univers se développent en fait à des rythmes différents, avec des amas de galaxies dans différentes parties du ciel se comportant différemment.

Notre compréhension habituelle de l'univers suggère qu'après le Big Bang, l'univers a commencé à s'étendre dans toutes les directions, les galaxies et les amas de galaxies se séparant au même rythme à travers le cosmos. La nouvelle étude suggère que cela pourrait ne pas être le cas, ce taux variant en fait selon l'endroit où nous regardons.

« Sur la base de nos observations d'amas, nous avons peut-être trouvé des différences dans la vitesse à laquelle l'univers s'étend en fonction de la façon dont nous regardons », a déclaré le co-auteur Gerrit Schellenberger du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Cela contredirait l'une des hypothèses sous-jacentes les plus fondamentales que nous utilisons en cosmologie aujourd'hui."

Conseillé

Les chercheurs ont longtemps tenté de trouver une réponse définitive pour savoir si l'univers est en fait le même dans toutes les directions. Ils ont tenté de le mesurer en utilisant une variété de méthodes différentes, y compris l'observation des galaxies dans l'infrarouge et l'observation des étoiles explosées, mais rien ne s'est avéré décisif et les résultats ont donné des indications dans les deux sens.

Pour trouver leurs mesures dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique pour essayer de mesurer l'expansion de l'univers. Ils ont examiné plus de 800 amas de galaxies à l'aide de la nouvelle technique, dans le but de comprendre précisément à quel rythme ils se développent.

Premièrement, ils ont calculé la quantité de rayons X qu'un amas de galaxies donné émettrait, d'une manière qui donne une réponse constante indépendamment des changements tels que la vitesse d'expansion de l'univers. Taht s'est appuyé sur la relation entre la température du gaz chaud dans un amas de galaxies et la quantité de rayons X, ou sa luminosité aux rayons X.

Deuxièmement, ils ont calculé la luminosité des rayons X en utilisant une méthode différente qui reposait en fait sur la vitesse d'expansion de l'univers. Ces chiffres ont montré que la vitesse d'expansion n'était pas réellement uniforme et que l'univers s'éloigne de nous à des vitesses différentes dans différentes parties.

Ce n'est pas la première fois que des chercheurs découvrent des preuves de l'expansion inégale de l'univers, mais c'est peut-être celle qui la montre de manière plus convaincante que toute autre.

"C'est un résultat extrêmement fascinant", a déclaré Norbert Schartel, un scientifique du projet sur l'observatoire XMM-Newton de l'ESA, qui a contribué à la découverte. "Des études antérieures ont suggéré que l'Univers actuel pourrait ne pas s'étendre uniformément dans toutes les directions, mais ce résultat - la première fois qu'un tel test a été effectué avec des amas de galaxies en rayons X - a une signification beaucoup plus grande, et révèle également une grande potentiel pour de futures enquêtes."

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

1/10 Décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

Nasa/JPL/Université de l'Arizona

La décennie révolutionnaire d'exploration spatiale de la Nasa : en images

Une explication de cette découverte inhabituelle est que l'expansion de l'univers peut être uniforme, mais que certaines galaxies sont entraînées par autre chose, comme la gravité d'autres amas de galaxies. Mais cela peut être peu probable étant donné que les scientifiques s'attendent à ce que l'expansion de l'univers soit le principal facteur décisif de cette vitesse.

Si ce n'est pas le cas, la recherche suggère que l'univers n'est pas réellement isotrope et qu'il est différent dans différentes directions. L'énergie noire, par exemple, pourrait être distribuée différemment dans tout l'univers et pourrait provoquer des résultats inhabituels.

Les chercheurs ont décrit l'expansion de l'univers comme une miche de pain aux raisins qui a été placée dans le four : pendant qu'il cuit, il se dilate et les raisins secs qui représentent les galaxies s'éloignent les uns des autres. Si le pain est mélangé uniformément, l'expansion serait uniforme, mais les derniers résultats suggèrent qu'il peut y avoir un ingrédient négligé dans la pâte.

"Ce serait comme si la levure dans le pain n'était pas mélangée uniformément, la faisant se développer plus rapidement à certains endroits qu'à d'autres", a déclaré le co-auteur Thomas Reiprich, également de l'Université de Bonn. "Ce serait remarquable si l'on découvrait que l'énergie noire a des forces différentes dans différentes parties de l'univers. Cependant, beaucoup plus de preuves seraient nécessaires pour écarter d'autres explications et présenter un dossier convaincant."

L'étude est publiée dans le dernier numéro de la revue Astronomy and Astrophysics et peut être lue en ligne.


L'Univers pourrait ne pas s'étendre partout au même rythme

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Les astronomes ont supposé pendant des décennies que l'Univers s'étendait au même rythme dans toutes les directions. Une nouvelle étude basée sur les données de XMM-Newton de l'ESA, de Chandra de la NASA et des observatoires à rayons X ROSAT dirigés par l'Allemagne suggère que cette prémisse clé de la cosmologie pourrait être fausse.

Cette animation commence par le ciel vu par le satellite Gaia de l'ESA, qui cartographie plus d'un milliard d'étoiles dans notre propre galaxie, la Voie lactée. Le ciel est représenté dans le système de coordonnées galactiques, avec le centre de la Voie lactée au centre de la carte et le plan de la galaxie - où résident la plupart de ses étoiles - orienté horizontalement sur la carte.

Beaucoup plus loin, l'animation montre des centaines d'amas de galaxies, qui sont les plus grandes structures de l'Univers liées entre elles par la gravité, comprenant chacune des centaines de galaxies et des quantités encore plus importantes de gaz chaud et de matière noire invisible. L'échantillon d'amas de galaxies utilisé dans cette étude a été sélectionné pour éviter la zone proche du plan galactique, où la grande densité d'étoiles et de gaz au premier plan bloque la vue des amas en arrière-plan.

Les astronomes ont mesuré les températures aux rayons X de centaines d'amas de galaxies dans le ciel et les ont comparées à la luminosité des amas. Alors qu'ils s'attendaient à ce que des amas de même température et situés à une distance similaire apparaissent de la même manière brillante, ils ont remarqué que les amas avaient tendance à être moins brillants que prévu dans une direction du ciel que dans toutes les autres.

Enfin, l'animation montre une carte du taux estimé d'expansion de l'Univers dans différentes directions à travers le ciel, sur la base des données de l'amas de galaxies. Le taux d'expansion de l'Univers, indiqué en termes de constante de Hubble, est affiché en différentes couleurs, avec des teintes violettes indiquant un taux plus lent et des teintes orange/jaune indiquant un taux plus rapide.

La direction dans le ciel où les amas de galaxies semblaient moins brillants est représentée par la région indiquée en violet sur cette carte. S'il est confirmé, le résultat pourrait remettre en cause l'hypothèse de l'isotropie, qui suppose que l'Univers a les mêmes propriétés dans chaque direction à grande échelle. Cet effet peut-être inégal sur l'expansion cosmique pourrait être causé par la mystérieuse énergie noire.


ESA Science & Technology - Repenser la cosmologie : l'expansion de l'univers n'est peut-être pas uniforme

Les astronomes ont supposé pendant des décennies que l'Univers s'étendait au même rythme dans toutes les directions. Une nouvelle étude basée sur les données de XMM-Newton de l'ESA, de Chandra de la NASA et des observatoires à rayons X ROSAT dirigés par l'Allemagne suggère que cette prémisse clé de la cosmologie pourrait être fausse.

Expansion cosmique mesurée à travers le ciel. Crédit : K. Migkas et al. 2020 – CC BY-SA 3.0 IGO

Konstantinos Migkas, doctorant en astronomie et astrophysique à l'Université de Bonn, en Allemagne, et son superviseur Thomas Reiprich avaient initialement entrepris de vérifier une nouvelle méthode qui permettrait aux astronomes de tester l'hypothèse dite d'isotropie. Selon cette hypothèse, l'Univers a, malgré quelques différences locales, les mêmes propriétés dans chaque direction à grande échelle.

Largement acceptée comme conséquence d'une physique fondamentale bien établie, l'hypothèse a été étayée par des observations du fond diffus cosmologique (CMB). Vestige direct du Big Bang, le CMB reflète l'état de l'Univers tel qu'il était à ses débuts, à seulement 380 000 ans. La distribution uniforme du CMB dans le ciel suggère qu'à cette époque, l'Univers devait s'étendre rapidement et au même rythme dans toutes les directions.

Dans l'univers d'aujourd'hui, cependant, cela n'est peut-être plus vrai.

"Avec des collègues de l'Université de Bonn et de l'Université Harvard, nous avons examiné le comportement de plus de 800 amas de galaxies dans l'Univers actuel," dit Konstantinos. "Si l'hypothèse d'isotropie était correcte, les propriétés des amas seraient uniformes dans le ciel. Mais nous avons en fait vu des différences significatives."

Les astronomes ont utilisé des mesures de température aux rayons X du gaz extrêmement chaud qui imprègne les amas et ont comparé les données avec la luminosité des amas dans le ciel. Les amas de même température et situés à une distance similaire devraient apparaître de la même luminosité. Mais ce n'est pas ce que les astronomes ont observé.

"Nous avons vu que les amas avec les mêmes propriétés, avec des températures similaires, semblaient moins brillants que ce à quoi nous nous attendions dans une direction du ciel, et plus brillants que prévu dans une autre direction," dit Thomas. "La différence était assez importante, de l'ordre de 30 pour cent. Ces différences ne sont pas aléatoires mais ont un motif clair selon la direction dans laquelle nous avons observé dans le ciel."

Avant de remettre en cause le modèle cosmologique largement accepté, qui fournit la base pour estimer les distances des amas, Konstantinos et ses collègues ont d'abord examiné d'autres explications possibles. Peut-être qu'il pourrait y avoir des nuages ​​de gaz ou de poussière non détectés obscurcissant la vue et faisant apparaître des grappes dans une certaine zone plus sombres. Les données, cependant, ne prennent pas en charge ce scénario.

Dans certaines régions de l'espace, la distribution des amas pourrait être affectée par des écoulements massifs, des mouvements de matière à grande échelle causés par l'attraction gravitationnelle de structures extrêmement massives telles que de grands groupes d'amas. Cette hypothèse semble cependant aussi peu probable. Konstantinos ajoute que les résultats ont pris l'équipe par surprise.

"Si l'Univers est vraiment anisotrope, ne serait-ce que depuis quelques milliards d'années, cela signifierait un énorme changement de paradigme car la direction de chaque objet devrait être prise en compte lorsque nous analysons leurs propriétés," il dit. "Par exemple, aujourd'hui, nous estimons la distance d'objets très éloignés dans l'Univers en appliquant un ensemble de paramètres et d'équations cosmologiques. Nous pensons que ces paramètres sont les mêmes partout. Mais si nos conclusions sont justes, ce ne serait pas le cas et nous devrons revoir toutes nos conclusions précédentes."

"C'est un résultat extrêmement fascinant," commente Norbert Schartel, scientifique du projet XMM-Newton à l'ESA. "Des études antérieures ont suggéré que l'Univers actuel pourrait ne pas s'étendre uniformément dans toutes les directions, mais ce résultat - la première fois qu'un tel test a été effectué avec des amas de galaxies en rayons X - a une signification beaucoup plus grande et révèle également un grand potentiel pour de futures enquêtes."

Les scientifiques pensent que cet effet peut-être inégal sur l'expansion cosmique pourrait être causé par l'énergie noire, la mystérieuse composante du cosmos qui représente la majorité - environ 69 % - de son énergie globale. On sait très peu de choses sur l'énergie noire aujourd'hui, sauf qu'elle semble avoir accéléré l'expansion de l'Univers au cours des derniers milliards d'années.

Le prochain télescope de l'ESA, Euclid, conçu pour imager des milliards de galaxies et scruter l'expansion du cosmos, son accélération et la nature de l'énergie noire, pourrait aider à résoudre ce mystère à l'avenir.

"Les résultats sont vraiment intéressants, mais l'échantillon inclus dans l'étude est encore relativement petit pour tirer des conclusions aussi profondes," déclare René Laureijs, scientifique du projet Euclid à l'ESA. "C'est le mieux que l'on puisse faire avec les données disponibles, mais si nous devions vraiment repenser le modèle cosmologique largement accepté, nous aurions besoin de plus de données."

Et Euclide pourrait faire exactement cela. Le vaisseau spatial, qui sera lancé en 2022, pourrait non seulement trouver des preuves que l'énergie noire étend vraiment l'Univers de manière inégale dans différentes directions, mais permettra également aux scientifiques de recueillir plus de données sur les propriétés d'une grande quantité d'amas de galaxies, ce qui pourrait étayer ou réfuter les conclusions actuelles.

D'autres données viendront également bientôt de l'instrument à rayons X eROSITA, construit par l'Institut Max Planck de physique extraterrestre. L'instrument, à bord du satellite germano-russe Spektr-RG récemment lancé, effectuera la première étude du ciel entier en rayons X de moyenne énergie, en se concentrant sur la découverte de dizaines de milliers d'amas de galaxies et de centres galactiques actifs jusqu'alors inconnus.

Plus d'information

Pour plus d'informations, veuillez contacter :

Konstantinos Migkas
Institut d'astronomie d'Argeland
Université de Bonn, Allemagne
Courriel : kmigkasastro.uni-bonn.de

Thomas Reichrich
Institut d'astronomie d'Argeland
Université de Bonn, Allemagne
Courriel : reiprichastro.uni-bonn.de

Norbert Schartel
Scientifique du projet XMM-Newton
Agence spatiale européenne
Courriel : Norbert.Schartelesa.int

Relations avec les médias de l'ESA
Courriel : médiasesa.int


Les astronomes repèrent le regroupement des galaxies dans l'univers primitif

Par : Govert Schilling 26 janvier 2021 0

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Les astronomes ont découvert un amas de galaxies se réunissant à peine 770 millions d'années après le Big Bang.

Vue d'artiste d'un protocluster dans l'univers infantile.
ESO / M. Kornmesser

La formation progressive d'amas de galaxies géantes était en bonne voie lorsque l'univers avait 770 millions d'années, soit seulement 5,5% de son âge actuel. Dans cette première ère - et par conséquent à une distance extrême - les astronomes ont découvert une forme allongée protocluster, composé de deux plus petits systèmes de galaxies qui fusionneront probablement en un seul.

Selon l'équipe de découverte, la découverte fournit un laboratoire naturel unique pour étudier le processus de réionisation de l'univers primitif. « C'est un résultat soigné et magnifique », commente Huub Röttgering (Observatoire de Leiden, Pays-Bas).

Les amas de galaxies d'aujourd'hui contiennent des centaines de membres individuels. Cependant, ils ont commencé il y a des milliards d'années comme de légères surdensités dans la distribution des galaxies. LAGER-z7OD1, comme s'appelle le protoamas nouvellement découvert, contient 21 galaxies dans une zone de seulement 26,4 sur 12 minutes d'arc. Ils sont tous à peu près à la même distance de la Terre, et ils sont emballés cinq fois plus étroitement que ce qui est typique des galaxies à des distances similaires. La découverte a été publiée le 25 janvier dans Astronomie de la nature.

Weida Hu (Université des sciences et technologies de Chine) et ses collègues ont trouvé le protocluster dans les données de la caméra à énergie noire du télescope Blanco de 4 mètres de l'observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili. À l'aide d'un filtre dans le proche infrarouge à bande étroite, ils ont distingué les jeunes galaxies par leur hydrogène ionisé, ce qui donne une raie spectrale connue sous le nom de Lyman-alpha. Cette longueur d'onde ultraviolette se déplace vers des longueurs d'onde plus longues lorsqu'elle traverse l'univers en expansion, de sorte qu'elle se trouve dans la bande du proche infrarouge au moment où les astronomes la voient.

Des mesures spectroscopiques avec les télescopes jumeaux Magellan de 6,5 mètres à Las Campanas ont confirmé la distance extrême (correspondant à un décalage vers le rouge de 6,93) pour 16 galaxies. Hu et ses collègues attendent LAGER-z7OD1 pour évoluer en un amas massif mesurant environ 100 millions d'années-lumière de diamètre et avec presque le double de la masse de l'amas voisin de Coma.

Les astronomes pensent que les jeunes galaxies lumineuses comme celles-ci sont la principale source de rayonnement qui (ré)ionise l'hydrogène gazeux neutre dans tout l'univers primitif. À 770 millions d'années après le Big Bang, ce processus de réionisation devait être en grande partie achevé. En effet, Hu et ses collaborateurs s'attendent à ce que les bulles de gaz ionisé entourant chaque galaxie individuelle dans LAGER-z7OD1 doit être en train de fusionner en une bulle géante entourant l'amas. (Par ailleurs, LAGER signifie Lyman-Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization.)

En regardant en arrière encore plus tôt, les astronomes verraient l'émission Lyman-alpha des galaxies se déplacer vers le rouge jusqu'à l'infrarouge moyen, au-delà de la portée des télescopes au sol. C'est là qu'interviennent les télescopes spatiaux. "Le télescope spatial James Webb devrait être capable de détecter des galaxies jusqu'à des décalages vers le rouge de 15", explique Röttgering, "et peut découvrir les premiers protoamas à des décalages vers le rouge de 10 à 13". Le télescope, dont le lancement est prévu plus tard cette année, fournira aux astronomes plus d'informations sur les sources de rayonnement ionisant dans l'univers primitif.

Pendant ce temps, les observations radio par des instruments comme LOFAR (Low-Frequency Array) en Europe et la future partie basse fréquence du Square Kilometer Array en Australie révéleront la répartition des bulles de gaz ionisé dans le ciel et leur croissance avec le temps. Röttgering dit : « Dans dix ans, nous aurons une bien meilleure compréhension de l'époque de la réionisation.


Surprendre! Le taux d'expansion de l'univers peut varier d'un endroit à l'autre

Les nouveaux résultats remettent en question un principe fondamental de la cosmologie moderne.

L'univers n'est peut-être pas le même dans toutes les directions après tout.

Le taux d'expansion de l'univers semble varier d'un endroit à l'autre, selon une nouvelle étude. Cette découverte, si elle était confirmée, forcerait les astronomes à réévaluer à quel point ils comprennent bien le cosmos.

"L'un des piliers de la cosmologie - l'étude de l'histoire et du destin de l'univers entier - est que l'univers est" isotrope ", c'est-à-dire le même dans toutes les directions", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Konstantinos Migkas, de l'Université de Bonn en Allemagne. , dit dans un communiqué. "Notre travail montre qu'il peut y avoir des fissures dans ce pilier."

L'univers est en expansion continue depuis plus de 13,8 milliards d'années, depuis le Big Bang – et à un rythme accéléré, grâce à une force mystérieuse appelée énergie noire. Les équations basées sur la théorie de la relativité générale d'Einstein suggèrent que cette expansion est isotrope à grande échelle spatiale, a écrit Migkas mardi 7 avril dans un article de blog sur la nouvelle étude.

Observations de la fond de micro-ondes cosmique (CMB), le rayonnement omniprésent dans l'univers laissé par le Big Bang, soutient cette notion, a-t-il ajouté : « Le CMB semble être isotrope, et les cosmologistes extrapolent cette propriété du tout premier univers à notre époque actuelle, près de 14 milliards d'années. plus tard."

Mais la validité de cette extrapolation n'est pas claire, a-t-il souligné, notant que énergie noire a été le facteur dominant dans l'évolution de l'univers au cours des 4 derniers milliards d'années. La "nature déconcertante de l'énergie noire n'a pas encore permis aux astrophysiciens de la comprendre correctement", a écrit Migkas. "Par conséquent, supposer qu'il est isotrope est presque un acte de foi pour le moment. Cela met en évidence le besoin urgent de rechercher si l'univers d'aujourd'hui est isotrope ou non."

La nouvelle étude rapporte les résultats d'une telle enquête. Migkas et ses collègues ont étudié 842 amas de galaxies, les plus grandes structures gravitationnelles de l'univers, à l'aide de données recueillies par trois télescopes spatiaux : l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, le XMM-Newton européen et le satellite avancé pour la cosmologie et l'astrophysique, un projet conjoint japonais-américain. mission qui s'est terminée en 2001.

Les chercheurs ont déterminé la température de chaque cluster en analysant les émissions de rayons X provenant d'énormes champs de gaz chauds en leur sein. Ils ont utilisé ces informations de température pour estimer la luminosité inhérente aux rayons X de chaque amas, sans avoir besoin de prendre en compte des variables cosmologiques telles que le taux d'expansion de l'univers.

Les chercheurs ont ensuite calculé la luminosité des rayons X pour chaque amas d'une manière différente, qui nécessitait une connaissance de l'expansion de l'univers. Cela a révélé des taux d'expansion apparents dans tout le ciel – et ces taux ne correspondaient pas partout.

"Nous avons réussi à identifier une région qui semble s'étendre plus lentement que le reste de l'univers, et une qui semble s'étendre plus rapidement !" Migkas a écrit dans le billet de blog. « Il est intéressant de noter que nos résultats sont en accord avec plusieurs études précédentes qui utilisait d'autres méthodes, à la différence que nous avons identifié cette "anisotropie" dans le ciel avec une confiance beaucoup plus élevée et en utilisant des objets couvrant tout le ciel de manière plus uniforme.

Il est possible que ce résultat ait une explication relativement prosaïque. Par exemple, peut-être que les amas de galaxies dans les zones anormales sont attirés gravitationnellement par d'autres amas, donnant l'illusion d'un taux d'expansion différent.

De tels effets sont observés à des échelles spatiales plus petites dans l'univers, ont déclaré les chercheurs. Mais la nouvelle étude sonde des grappes jusqu'à 5 milliards d'années-lumière, et il n'est pas clair si les remorqueurs gravitationnels pourraient submerger les forces d'expansion sur de si vastes distances, ont-ils ajouté.

Si les différences de taux d'expansion observées sont bien réelles, elles pourraient révéler de nouveaux détails intrigants sur le fonctionnement de l'univers. Par exemple, peut-être que l'énergie noire elle-même varie d'un endroit à l'autre dans le cosmos.

"Il serait remarquable que l'énergie noire ait des forces différentes dans différentes parties de l'univers", a déclaré le co-auteur de l'étude Thomas Reiprich, également de l'Université de Bonn, dans le même communiqué. "Cependant, beaucoup plus de preuves seraient nécessaires pour écarter d'autres explications et présenter un dossier convaincant."

La nouvelle étude paraît dans le numéro d'avril 2020 de la revue Astronomy and Astrophysics. Vous pouvez le lire gratuitement sur le site de préimpression en ligne arXiv.org.

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Ces types d'anisotropies dans des ensembles de données isolés ont été rapportés à de nombreuses reprises, et la cosmologie LCDM uniforme a survécu. La raison principale est que les synthèses de données intégrées telles que le groupe Planck les suppriment ou les atténuent.

Bien qu'il soit techniquement vrai que les données sondent plus loin, les données principales sont extrêmement locales, < 1 rayon de Glyrs (z < 0,1). Il s'agit principalement de < 10 % de non-uniformité et moins que la signification nécessaire de 5 sigma à cela. Ils ajouteront plus de données, ce qui probablement déplacera également la sonde plus loin, ce qui sera intéressant.

Je pense que le département de cosmologie a besoin d'une vérification * des faits * pour de nombreuses affirmations couramment présentées au public :) Voici un autre rapport sur ce problème de taux d'expansion, Repenser la cosmologie : l'expansion de l'univers peut ne pas être uniforme (Mise à jour) Le rapport a déclaré, "Les astronomes ont supposé pendant des décennies que l'Univers s'étendait au même rythme dans toutes les directions. Une nouvelle étude basée sur les données de XMM-Newton de l'ESA, de Chandra de la NASA et des observatoires à rayons X ROSAT dirigés par l'Allemagne suggère que cette prémisse clé de la cosmologie pourrait largement acceptée comme conséquence de la physique fondamentale bien établie, l'hypothèse a été étayée par des observations du fond diffus cosmologique (CMB). Vestige direct du Big Bang, le CMB reflète l'état de l'Univers tel qu'il était. à ses débuts, à seulement 380 000 ans. La répartition uniforme du CMB dans le ciel suggère qu'à cette époque, l'Univers devait s'étendre rapidement et au même rythme dans toutes les directions. Univers, cependant, cela peut ne plus être vrai. "Ensemble avec des collègues de l'Université de Bonn et de l'Université Harvard, nous avons examiné le comportement de plus de 800 amas de galaxies dans l'Univers actuel", explique Konstantinos. "Si l'hypothèse d'isotropie était correcte, les propriétés des amas seraient uniformes dans le ciel. Mais nous avons en fait vu des différences significatives."

Notez que l'origine du CMB et du décalage vers le rouge utilisés pour expliquer l'évolution de la boule de feu cosmique qui a créé l'univers, la température uniforme ou presque uniforme observée dans le CMBR aujourd'hui est interprétée comme signifiant * doit avoir augmenté rapidement et au même rythme dans toutes directions. Dans l'univers d'aujourd'hui, cependant, cela n'est peut-être plus vrai."

Quelle? Cela devrait soulever ici des questions sur les différents taux d'expansion utilisés en cosmologie et sur la manière dont ces différents taux d'expansion sont confirmés. L'uniformité du CMBR aujourd'hui est considérée comme représentant un décalage vers le rouge où z = 1 000 ou plus en fonction du taux d'expansion et de la taille de l'univers. Cependant, les galaxies avec des décalages vers le rouge élevés sont des mesures spectrales, le décalage vers le rouge CMBR ne l'est pas, c'est une extrapolation dépendante du taux d'expansion, cela semble être différent maintenant. Ce n'est pas la même chose que les spectres obtenus pour les galaxies à grand décalage vers le rouge, mais une interprétation dépendante du modèle pour le décalage vers le rouge ou z. Par exemple, « Characterizing the Environment Around The Most Distant Known Galaxy », https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019hst..prop15977O/abstract, « The discovery of the very lighting galaxy GN-z11 at only 400 Myr après le Big Bang dans le champ GOODS-Nord avec un décalage vers le rouge spectroscopique de grism HST de z=11.1+/-0.1 présente un véritable casse-tête pour la science de l'Univers primitif. Sa détection soulève des questions importantes sur notre compréhension de la formation précoce des galaxies… »

Je note une différence ici. *décalage vers le rouge spectroscopique* par rapport à l'interprétation dépendante du modèle de la température d'origine d'environ 3000K contre près de 3K aujourd'hui pour le CMBR où z=1000 ou plus.

Le dernier rapport sur le taux d'expansion publié, nous lisons maintenant que le taux d'expansion utilisé pour calculer le nombre z pour le redshift CMBR, le taux d'expansion peut ne pas être uniforme et modifié. On dirait que z=1000 ou plus peut ne pas être confirmé, certainement pas confirmé en utilisant la même méthode que le redshift du GN-z11.

Le chiffre de plus de 1000 décalages vers le rouge est en partie basé sur une physique bien établie et en partie sur le paradigme BB."

Le taux d'expansion utilisé pour calculer le décalage vers le rouge à partir de la *surface de la dernière diffusion* est différent maintenant ou actuellement mesuré différent dans l'univers de ce qui est utilisé dans le modèle BB. Le redshift CMBR pourrait être moins ou même plus ou peut-être pas de redshift pour l'évolution de la boule de feu cosmique :)

Tu sais rod, la salle de jeux du département de cosmologie a un jeu de fléchettes, avec ta photo dessus. J'ai entendu dire qu'il est utilisé assez fréquemment !

Je ne me souviens d'aucun de ces articles mentionnant l'énergie sombre (DE) - probablement pas nécessaire du point de vue du débat. Il semblerait que DE, qui a été "inventé" pour expliquer l'augmentation du taux d'expansion, devrait être asymétrique dans sa distribution si cette nouvelle interprétation est correcte. Je soupçonne que c'est la raison pour laquelle cela suggère que l'hypothèse de DE et/ou de l'ensemble du BB doit être réévaluée. Après tout, la cosmologie BB est basée sur la symétrie sous tous ses aspects, sauf erreur. Bien sûr, il pourrait toujours y avoir une autre forme de matière/énergie que nous ignorons, ou que nous n'avons pas encore inventée, sur laquelle l'expansion est superposée, ce qui confère une asymétrie (si cette histoire est exacte).

Dans l'un des plus grands euphémismes que j'aie jamais lu, à partir de l'article :

"La nature déconcertante de l'énergie noire n'a pas encore permis aux astrophysiciens de la comprendre correctement", a écrit Migkas. "Par conséquent, supposer qu'elle est isotrope est presque un acte de foi pour le moment. Cela met en évidence le besoin urgent de déterminer si l'univers d'aujourd'hui est isotrope ou non.""

En supposant qu'il soit réel, tout sauf isotrope DE nécessiterait un saut dans la foi, car il est présumé être la plus grande partie de la masse-énergie de l'univers. Si ce n'est pas isotrope, quelqu'un a des explications très sérieuses à faire, me semble-t-il.

Faites juste attention à la canne. Le jeu de fléchettes ne lui donne plus de munitions que pour les contre-attaques. Avoir à eux.

Est-ce que je ressemble à une démence à un stade précoce, ou la physique est-elle brouillée par une surcharge de données ?

Le taux d'expansion de l'univers semble varier d'un endroit à l'autre, selon une nouvelle étude. Cette découverte, si elle était confirmée, forcerait les astronomes à réévaluer à quel point ils comprennent bien le cosmos.

Surprendre! Le taux d'expansion de l'univers peut varier d'un endroit à l'autre : En savoir plus

Bien sûr, l'expansion n'est pas isotrope car sa base théorique - la relativité d'Einstein est fausse. Premièrement, il ne faut pas l'appeler l'expansion de "l'univers", mais l'expansion de la partie visible de l'univers car on ne peut jamais rien revendiquer sur l'univers entier qui se définit comme l'ensemble de tout sans frontières.

Deuxièmement, la relativité d'Einstein a déjà été réfutée à la fois théoriquement et expérimentalement (voir https://www.researchgate.net/publication/297527784_Challenge_to_the_Special_Theory_of_Relativity ). La preuve expérimentale la plus connue est que le temps du GPS est absolu car toutes les horloges atomiques des satellites GPS sont synchronisées pour montrer le même temps absolu par rapport à tous les référentiels (sol, chaque satellite, etc.), alors que la relativité restreinte nous dit ce temps est relatif et les horloges ne peuvent jamais être synchronisées par rapport à plus d'un référentiel inertiel. Par conséquent, le temps est absolu sans commencement ni fin, et indépendant de l'espace tridimensionnel qui n'a pas de frontières. Il est absurde de parler de l'âge de l'univers. Tout au plus, on ne peut parler que du temps écoulé depuis le début de l'expansion actuelle de la partie visible de l'univers.

Troisièmement, la partie visible de l'univers est une collection d'objets célestes (galaxies, amas de galaxies, etc.) qui semblent dans un processus de cycles périodiques d'implosion entraînée par la gravitation et d'explosion entraînée par la pression de l'éther. Il semble que nous soyons actuellement dans la phase d'expansion accélérée d'une explosion. Tout comme l'explosion d'une bombe, l'expansion de la partie visible de l'univers ne doit jamais être isotrope.

Bien sûr, l'expansion n'est pas isotrope car sa base théorique - la relativité d'Einstein est fausse. 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."

Quelle? 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? - Astronomie

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 non 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 MV = +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

le 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
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Physical Science Dept.
1801 Panorama Drive
Bakersfield, CA 93305-1219


Titre de la boîte de recherche

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).

Crédits: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? - Astronomie

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

A propos de l'auteur

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 est actuellement à l'Institut indien de science et de technologie spatiales.


Voir la vidéo: La matière sombre, des particules aux galaxies Annecy (Juillet 2021).