Wetenschappers hebben lang een schijnbare gradiënt waargenomen in de kosmische microgolfachtergrond, maar zijn niet in staat geweest om te bepalen hoeveel echt is en hoeveel wordt waargenomen. Onderzoekers van USC Dornsife lijken een antwoord te hebben gevonden.

Waargenomen vanaf de aarde, het universum lijkt aan de ene kant een beetje heter dan aan de andere, althans in termen van de kosmische microgolfachtergrond (CMB). Maar de vraag die kosmologen plaagt, is of die onbalans in de CMB echt is of een gevolg van het Doppler-effect.

USC Dornsife-wetenschappers Siavash Yasini en Elena Pierpaoli hebben misschien een manier gevonden om een ​​antwoord te vinden.

Het beroemdst misschien gemaakt door Edwin Hubble, die het gebruikte om aan te tonen dat het heelal uitdijt, het Doppler-effect is de schijnbare verschuiving in de frequentie van elektromagnetische golven als gevolg van de beweging van lichamen die snel door de ruimte reizen. Golven zoals elektromagnetische straling—lichtgolven, Röntgenstralen, magnetrons, enz. - lijken te verschuiven in energie, waarbij degenen die naar een waarnemer toe bewegen hoger in energie lijken te zijn, of heter, dan ze werkelijk zijn. Het tegenovergestelde geldt voor golven die zich van de waarnemer af bewegen, die er kouder uitzien.

Wetenschappers die naar de lucht kijken, zien de ruimte achter de aarde kouder lijken dan de ruimte verderop, maar het is niet duidelijk of dat alleen het Doppler-effect is of een waarneming van een echt verschil in CMB-temperatuur. Het is een puzzel die al tientallen jaren bestaat.

Omdat de CMB overgebleven energie is van de oerknal - toen het hele universum vanuit één enkel punt naar buiten explodeerde - hebben kosmologen aangenomen dat het gelijkmatig is verspreid. Het verschijnen van twee polen in het heelal, de een warmer dan de ander, moet daarom een ​​gevolg zijn van het Doppler-effect, een resultaat van het zonnestelsel dat door de ruimte raast.

"We denken dat de ene kant van de CMB er alleen maar heter uitziet omdat we ernaartoe bewegen, en de andere kant ziet er kouder uit omdat we er vanaf gaan, " zei Yasini, een doctoraat student natuurkunde en sterrenkunde.

Astrofysici die de snelheid van het zonnestelsel meten ten opzichte van de CMB passen hun berekeningen aan op basis van deze veronderstelling, net als kosmologen die de oerknal en de omstandigheden kort daarna bestuderen.

Maar dit kan toch een vergissing zijn.

"Als er een intrinsieke dipool in de CMB is, dat wil zeggen, als de ene kant van de hemel eigenlijk gedeeltelijk heter is dan de andere kant - de snelheid die we aan het zonnestelsel toewijzen met betrekking tot de CMB zou onjuist zijn, " zei Yasini. Dit zou van invloed zijn op hoe wetenschappers de snelheid van verre objecten zoals sterrenstelsels meten, en theorieën over wat er vlak na de oerknal gebeurde, konden door elkaar geschud worden.

Berekeningen uitvoeren voor een andere, maar verwante studie, Yasini en hoogleraar natuur- en sterrenkunde Pierpaoli, wie is Yasini's graduate school mentor, vond een interessant detail:het frequentiespectrum van de CMB, gemiddeld aan de hemel, zal verschillen als de dipool echt is en niet alleen een resultaat van het Doppler-effect.

Met andere woorden, als de CMB is, in feite, aan het ene uiteinde van het heelal heter dan aan het andere, de gemiddelde temperatuur gemeten over de hele hemel zal iets anders zijn dan wanneer de CMB in werkelijkheid uniform is.

Met de bevindingen van Yasini en Pierpaoli kunnen kosmologen de volgende generatie CMB-onderzoeken uitvoeren om voor het eerst de aard van de CMB-dipool te bepalen. het oplossen van de puzzel.

"Nu we een wiskundige basis hebben om een ​​antwoord te vinden, het blijft alleen om de opmerkingen te maken, ' zei Pierpaoli.

Als blijkt dat een deel van de dipool echt is en niet alleen het resultaat van het Doppler-effect, astrofysici en astronomen zullen al hun metingen opnieuw moeten kalibreren om een ​​nauwkeuriger beeld van het waarneembare heelal te krijgen.

Net zo belangrijk, kosmologen die de oerknal en de omstandigheden in het zeer vroege heelal bestuderen, zullen nieuwe richtingen hebben om te onderzoeken om te begrijpen hoe en waarom de CMB ongelijk verdeeld is, en hoe het universum is ontstaan ​​zoals het nu is.