8 Minute
O nouă analiză a galaxiilor radio îndepărtate sugerează că Sistemul nostru Solar ar putea străbate spațiul cu o viteză mult mai mare decât prevăd modelele actuale. Acest rezultat neașteptat îi obligă pe astrofizicieni să reexamineze ipotezele fundamentale despre structura la scară mare a Universului și metodele folosite pentru a măsura mișcarea cosmică.
Cum un recensământ radio a dezvăluit o viteză cosmică surprinzătoare
Oamenii de știință estimează de obicei mișcarea Sistemului Solar prin combinarea măsurătorilor locale — cum ar fi orbita Soarelui în jurul Căii Lactee — cu observațiile radiației cosmice de fond în microunde (CMB) și cu pozițiile obiectelor îndepărtate. Un studiu recent, condus de Lukas Böhme de la Universitatea Bielefeld, abordează problema dintr-un unghi diferit: numără galaxiile radio pe cer pentru a detecta o anisotropie subtilă denumită dipolul radio cosmic.
Galaxiile radio emit unde radio puternice, de lungime de undă mare, care străbat praful și gazul interstelar, dezvăluind structuri invizibile în sondajele optice. Folosind date radio profunde și pe suprafețe extinse provenite din trei programe de telescoape radio — inclusiv sondajul Low-Frequency Array (LOFAR), în prezent cea mai detaliată hartă la frecvențe joase — Böhme și colegii au compilat unul dintre cele mai sensibile recensăminte ale acestor obiecte realizate până acum.
Ideea este simplă în concept, dar extrem de delicată în practică. Dacă Pământul și Sistemul Solar se mișcă relativ la un fundal statistic izotrop de surse radio îndepărtate, va apărea un ușor exces de surse în direcția deplasării și un deficit în direcția opusă. Această mică asimetrie este dipolul radio cosmic. Măsurarea lui cu acuratețe necesită tratarea atentă a morfologiei galaxiilor radio, a completitudinii sondajelor și a biasurilor statistice.
Echipa raportează o amplitudine a dipolului de 3,7 ori mai mare decât cea prezisă de modelul cosmologic standard, iar rezultatul este foarte semnificativ — depășind pragul convențional de cinci sigma pe care statisticienii îl folosesc pentru a semnala o anomalie reală și nu un fluctuație aleatorie.
Metodologie: combinarea telescoapelor și noi metode statistice
Pentru a ajunge la această concluzie, cercetătorii au unit cataloage din trei sondaje radio și au dezvoltat o metodă statistică nouă pentru a trata aparițiile complexe, cu multiple componente, ale galaxiilor radio. Multe galaxii radio prezintă loburi extinse și numeroase puncte fierbinți (hotspots) care pot fi numărate ca surse separate de algoritmi simpli. Contarea corectă a acestor componente a rafinat măsurarea dipolului.
Setul de date LOFAR — remarcabil prin sensibilitatea la emisia de frecvențe joase pe suprafețe mari de cer — a jucat un rol central. Prin corelarea LOFAR cu alte hărți radio și prin aplicarea unor tehnici riguroase de potrivire a componentelor, echipa a redus erorile sistematice care au împiedicat încercări anterioare de a cuantifica dipolul radio cosmic.
Pe lângă potrivirea componentelor, analiza a inclus simulări Monte Carlo, modele de completitudine pentru fiecare sondaj și teste pentru a evalua dependența rezultatelor de fluxul minim, acoperirea cerului și criteriile de selecție. Printr-o tratare combinată a acestor efecte, autorii au încercat să se asigure că semnalul nu este produs de artefacte de observație sau de catalogare.
Rezultatul: o direcție și o amplitudine a mișcării care nu concordă cu așteptările. Pe scurt, Sistemul Solar pare să se miște de peste trei ori mai rapid prin Univers decât prevede cosmologia standard, dacă interpretarea kinematică a dipolului radio este corectă.
Soarele (centrul jos) orbitează în jurul Căii Lactee, care la rândul său se deplasează prin Univers.
De ce contează: implicații pentru principiul cosmologic
Descoperirea atinge un concept fundamental în cosmologie: principiul cosmologic. Acest principiu afirmă că, la scară suficient de mare, Universul este omogen și izotrop — practic același în orice direcție și în orice loc. Dacă distribuția galaxiilor radio este cu adevărat uniformă, dipolul ar trebui să se potrivească cu mișcarea dedusă din radiația cosmologică de fond (CMB) și din dinamica locală.
Dar discrepanța observată deschide două posibilități mari. Una este dramatică: modelele noastre cosmologice omit ceva important despre structura la scară mare, iar presupunerea de izotropie la scară mare ar putea necesita revizuire. Cealaltă este mai conservatoare: galaxiile radio ar putea fi distribuite mai puțin uniform decât am presupus, din cauza aglomerărilor (clustering), a efectelor de selecție în sondaje sau a unor sistematice neobservate în unul sau mai multe cataloage radio.
Prin „sistematice” ne referim la cele mai variate surse de eroare: calibrarea fluxului instrumental, variațiile de sensibilitate pe cer, erori de poziționare care despart sau unesc componente, precum și contaminarea de la surse locale sau de la efecte de propagare în mediul interstelar. Identificarea exactă a acestor posibile cauze cere investigații detaliate și replicări independente.
„Analiza noastră arată că Sistemul Solar se mișcă de peste trei ori mai repede decât prezic modelele actuale,” a declarat autorul principal Lukas Böhme. „Acest rezultat contrazice clar așteptările bazate pe cosmologia standard și ne obligă să ne reconsiderăm presupunerile anterioare.”
Coautorul Dominik J. Schwarz adaugă: „Alternativ, distribuția galaxiilor radio în sine poate fi mai puțin uniformă decât am crezut. În oricare dintre aceste cazuri, modelele noastre actuale sunt supuse unui test riguros.”
Context științific și pașii următori
Acest rezultat va stimula teste independente. Sondaje radio suplimentare — hărți profunde viitoare realizate de proiectele care pregătesc SKA (Square Kilometre Array) și campanii extinse LOFAR — pot verifica dacă anomalitatea persistă prin frecvențe diferite, strategii de sondaj și regiuni cerești variate. Verificări încrucișate cu cataloage optice și în infraroșu pot ajuta la stabilirea dacă efectul este specific selecției radio sau reflectă un model cosmic mai amplu.
De asemenea, se pot realiza teste prin compararea direcției dipolului radio cu dipolul CMB (care este interpretat în mod tradițional ca rezultatul vitezei noastre față de cadrul de repaus al radiației cosmice de fond) și cu măsurători independente ale vitezei grupei locale de galaxii. Incongruențele dintre aceste repere ar oferi indicii importante despre natura semnalului observat.
Dacă discrepanța va fi confirmată prin multiple observații și metode, consecințele cosmologice ar putea fi profunde: ar putea semnala o anisotropie neașteptată la scale foarte mari sau ar putea evidenția curgeri (bulk flows) de materie la scară mare, neincluse în modelele actuale. Oricare dintre acestea ar stimula dezvoltarea teoretică pentru a reconcilia datele cu modelul standard sau pentru a propune extensii viabile.
Teoreticienii iau în calcul scenarii variate: variații locale de densitate la scară foarte mare, modele cosmologice inhomogene (de exemplu modele Lemaître–Tolman–Bondi), sau efecte de topologie cosmică. În același timp, observatorii își intensifică eforturile pentru a exclude orice bias observational înainte de a accepta modificări majore ale paradigmei standard.
Alcyoneus, o galaxie radio gigant cu structuri lobate care se întind pe 16 milioane de ani-lumină.
Perspective ale experților
„Această măsurătoare reprezintă un impuls important pentru comunitate,” explică Dr. Maya Chen, astrofiziciană și comunicator științific. „Ori vom identifica un nou efect sistematic în cataloagele radio, ori vom descoperi fenomene fizice care contestă noțiunea noastră despre uniformitatea la scară mare. În ambele situații, este un câștig pentru cosmologia de precizie — învățăm ceva nou despre Univers.”
Lucrările de urmărire vor combina probabil eșantioane radio mai mari, modelare îmbunătățită a cerului și comparații multi-frecvență. De asemenea, cooperarea între echipe care lucrează în unde radio, optice și infraroșii va fi crucială pentru a identifica sau exclude cauze observaționale.
Pe termen scurt, comunitatea va urmări replicarea rezultatului folosind metode statistice alternative, diverse selecții de flux minim și simulări care reproduc completitudinea și sistematicile sondajelor. Pe termen mediu și lung, datele SKA și cataloagele lor extinse vor oferi o verificare definitivă a distribuției galaxiilor radio la scară mare și a consecințelor pentru dipolul radio cosmic.
În rezumat, concluziile prezente aduc în prim-plan importanța combinării metodelor observaționale (radio, optic, infraroșu) și a analizei riguroase a erorilor sistematice atunci când se urmăresc semnale subtile precum dipolul cosmic. Confirmarea sau infirmarea acestei anomalii va influența direcțiile viitoare de cercetare în cosmologie, de la studii observaționale de mari cote la dezvoltări teoretice ale structurii la scară mare a Universului.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu