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早期宇宙是否一直在转?来看看对20万个螺旋星系的研究表明

堪萨斯州立大学的一项研究显示,一项对20多万个螺旋星系的分析揭示了星系自旋方向之间出人意料的联系,由这些联系形成的结构可能表明,早期宇宙可能一直在旋转。

堪萨斯州立大学的一项研究显示,一项对20多万个螺旋星系的分析揭示了星系自旋方向之间出人意料的联系,由这些联系形成的结构可能表明,早期宇宙可能一直在旋转。利奥尔·沙米尔(Lior Shamir)是一名计算天文学家和计算机科学家,他在2020年6月举行的第236届美国天文学会会议上公布了这一发现。这一发现意义重大,因为这些观测结果与之前关于宇宙大尺度结构的一些假设相冲突。

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自埃德温·哈勃时代以来,天文学家们一直认为宇宙正在没有特定方向地膨胀,其中的星系分布也没有特定的宇宙学结构。但是沙米尔对20多万个螺旋星系的几何模式观察表明,宇宙可能有一个确定的结构,早期的宇宙可能一直在旋转。根据这项研究,这些星系的分布模式表明,宇宙不同部分的螺旋星系,被空间和时间分开,通过它们旋转的方向相互关联。

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同为K-State计算机科学副教授的沙米尔说:天文学中的数据,科学不仅使天文学研究更具成本效益,还让我们能够以一种完全不同的方式观察宇宙。螺旋星系分布所表现出的几何图案是清晰的,但只有在分析非常大量的天文物体时才能观察到。螺旋星系是一个独特的天文系统,因为它的视觉外观取决于观测者的视角。例如,一个从地球上观察时顺时针旋转的螺旋星系,当观测者位于该星系的另一边时,似乎是逆时针旋转。

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如果宇宙是各向同性的,并且没有特殊结构(正如之前天文学家预测的那样)顺时针旋转的星系数量将大致等于逆时针旋转的星系数量,沙米尔用现代望远镜的数据证明情况并非如此。用传统望远镜,计算宇宙中的星系是一项艰巨任务。但现代机器人望远镜,如斯隆数字天空勘测(SDSS)和全景勘测望远镜和快速响应系统(Pan-STARRS),能够在观测天空时自动拍摄数百万星系的图像。

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然后,机器视觉可以根据星系的旋转方向对数百万个星系进行排序,速度比任何人或一组人都要快得多。当比较不同旋转方向的星系数量时,顺时针旋转的星系数量并不等于逆时针旋转的星系数量。根据沙米尔的研究,差别很小,仅略高于2%,但随着星系数量的增加,偶然出现这种不对称的可能性不到10亿分之一到40亿分之一。这些图案的跨度超过40亿光年,但在这个范围内的不对称性并不均匀。

如果宇宙有轴

研究发现,星系离地球越远,不对称性越高,这表明早期宇宙比现在的宇宙更一致,更不混乱。但是,这些模式不仅表明宇宙不对称,而且研究还表明宇宙不对称在宇宙的不同部分发生变化,差异表现出一种独特的多极模式。如果宇宙有轴,它就不是像旋转木马那样简单的单一轴,这是多个轴的复杂排列,也有一定的漂移。

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宇宙多极的概念并不新鲜,之前的天基天文台,如宇宙背景探测器(COBE)卫星;威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)任务;以及普朗克天文台观测显示:宇宙微波背景,即来自非常早期宇宙的电磁辐射,也显示出多个极。但宇宙微波背景的测量对前景污染(如银河系的障碍)很敏感,无法显示这些极点是如何随着时间的推移而变化。

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螺旋星系自旋方向之间的不对称性,是一种对障碍物不敏感的测量方法。在特定磁场中,可以阻碍一个方向旋转的星系,必然也会阻碍以相反方向旋转的星系,而没有任何错误或污染可以通过这种独特、复杂和一致的模式表现出来。

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