Ces quatre amas de galaxies ont été parmi des centaines analysés dans une grande enquête pour tester si l'univers est le même dans toutes les directions à grande échelle. Les résultats de l'étude suggèrent que le concept d'un univers "isotrope" peut ne pas correspondre parfaitement.
(Image: © NASA / CXC / Univ. De Bonn / K. Migkas et al.)
L'univers peut ne pas être 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, obligerait 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 la même chose 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 ne cesse de s'étendre depuis plus de 13,8 milliards d'années, depuis le Big Bang - et à un rythme accéléré, grâce à une force mystérieuse appelée énergie sombre. Les équations basées sur la théorie générale de la relativité 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 des fond de micro-ondes cosmique (CMB), le rayonnement qui imprègne 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 on ne sait pas dans quelle mesure cette extrapolation est valable, 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 déroutante 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 l'instant. 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 liées par gravitation de l'univers, à l'aide des données recueillies par trois télescopes spatiaux: l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA, le XMM-Newton d'Europe et le satellite avancé pour la cosmologie et l'astrophysique, un partenariat japonais-américain. mission qui a pris fin en 2001.
Les chercheurs ont déterminé la température de chaque cluster en analysant les émissions de rayons X provenant d'immenses champs de gaz chaud en leur sein. Ils ont utilisé ces informations de température pour estimer la luminosité inhérente aux rayons X de chaque groupe, sans avoir à 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 groupe d'une manière différente, une 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 localiser une région qui semble s'étendre plus lentement que le reste de l'univers, et qui semble s'étendre plus vite!" Migkas a écrit dans le blog. "Fait intéressant, nos résultats sont en accord avec plusieurs études précédentes qui a utilisé d'autres méthodes, à la différence près que nous avons identifié cette "anisotropie" dans le ciel avec une confiance beaucoup plus élevée et en utilisant des objets couvrant le ciel plus uniformément. "
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 tirés durement par gravitation 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, selon les chercheurs. Mais la nouvelle étude sonde des amas 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 grandes distances, ont-ils ajouté.
Si les différences de taux d'expansion observées sont effectivement réelles, elles pourraient révéler de nouveaux détails intrigants sur le fonctionnement de l'univers. Par exemple, peut-être que l'énergie sombre elle-même varie d'un endroit à l'autre dans le cosmos.
"Il serait remarquable que l'énergie sombre 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 exclure d'autres explications et présenter des arguments convaincants."
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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