Een analyse van meer dan 200, 000 spiraalstelsels heeft onverwachte verbanden onthuld tussen spinrichtingen van sterrenstelsels, en de structuur gevormd door deze schakels zou kunnen suggereren dat het vroege heelal zou kunnen draaien, volgens een onderzoek van de Kansas State University.

Lior Shamir, een K-State computationele astronoom en computerwetenschapper, presenteerde de bevindingen op de 236e bijeenkomst van de American Astronomical Society in juni 2020. De bevindingen zijn belangrijk omdat de waarnemingen in strijd zijn met enkele eerdere veronderstellingen over de grootschalige structuur van het universum.

Sinds de tijd van Edwin Hubble, astronomen hebben geloofd dat het universum opblaast zonder een bepaalde richting en dat de sterrenstelsels erin zijn verdeeld zonder een specifieke kosmologische structuur. Maar Shamirs recente waarnemingen van geometrische patronen van meer dan 200, 000 spiraalstelsels suggereren dat het heelal een gedefinieerde structuur zou kunnen hebben en dat het vroege heelal zou kunnen draaien. Patronen in de verspreiding van deze sterrenstelsels suggereren dat spiraalstelsels in verschillende delen van het heelal, gescheiden door zowel ruimte als tijd, zijn gerelateerd door de richtingen waarheen ze draaien, volgens de studie.

"Datawetenschap in de astronomie heeft astronomieonderzoek niet alleen kosteneffectiever gemaakt, maar het stelt ons ook in staat om het universum op een heel andere manier te observeren, " zei Shamir, ook een K-State universitair hoofddocent informatica. "Het geometrische patroon dat wordt vertoond door de verdeling van de spiraalstelsels is duidelijk, maar kan alleen worden waargenomen bij het analyseren van een zeer groot aantal astronomische objecten."

Een spiraalstelsel is een uniek astronomisch object omdat het uiterlijk ervan afhangt van het perspectief van de waarnemer. Bijvoorbeeld, een spiraalstelsel dat vanaf de aarde met de klok mee draait, lijkt tegen de klok in te draaien wanneer de waarnemer zich aan de andere kant van dat sterrenstelsel bevindt. Als het universum isotroop is en geen specifieke structuur heeft - zoals eerdere astronomen hebben voorspeld - zou het aantal sterrenstelsels dat met de klok mee draait ongeveer gelijk zijn aan het aantal sterrenstelsels dat tegen de klok in draait. Shamir gebruikte gegevens van moderne telescopen om aan te tonen dat dit niet het geval is.

Met traditionele telescopen, het tellen van sterrenstelsels in het heelal is een ontmoedigende taak. Maar moderne robottelescopen zoals de Sloan Digital Sky Survey, of SDSS, en de Panoramic Survey Telescope en Rapid Response System, of Pan-STARRS, zijn in staat om vele miljoenen sterrenstelsels automatisch in beeld te brengen terwijl ze de lucht in de gaten houden. Machine vision kan vervolgens miljoenen sterrenstelsels sorteren op hun draairichting, veel sneller dan welke persoon of groep mensen dan ook.

Bij het vergelijken van het aantal sterrenstelsels met verschillende draairichtingen, het aantal sterrenstelsels dat met de klok mee draait is niet gelijk aan het aantal sterrenstelsels dat tegen de klok in draait. Het verschil is klein, iets meer dan 2%, maar met het grote aantal sterrenstelsels, er is een kans van minder dan 1 tot 4 miljard om bij toeval een dergelijke asymmetrie te hebben, volgens het onderzoek van Shamir.

De patronen strekken zich uit over meer dan 4 miljard lichtjaar, maar de asymmetrie in dat bereik is niet uniform. Uit de studie bleek dat de asymmetrie groter wordt naarmate de sterrenstelsels verder van de aarde verwijderd zijn, waaruit blijkt dat het vroege universum consistenter en minder chaotisch was dan het huidige universum.

Maar de patronen laten niet alleen zien dat het universum niet symmetrisch is, maar ook dat de asymmetrie in verschillende delen van het universum verandert, en de verschillen vertonen een uniek patroon van multipolen.

"Als het universum een ​​as heeft, het is geen simpele enkele as zoals een draaimolen, "Zei Shamir. "Het is een complexe uitlijning van meerdere assen die ook een bepaalde drift hebben."

Het concept van kosmologische multipolen is niet nieuw. Eerdere observatoria in de ruimte, zoals de Cosmic Background Explorer, of COBE, satelliet; de Wilkinson Magnetron Anisotropie Probe, of WMAP-missie; en het Planck-observatorium - toonde aan dat de kosmische microgolfachtergrond, dat is elektromagnetische straling uit het zeer vroege heelal, vertoont ook meerdere polen. Maar de meting van de kosmische microgolfachtergrond is gevoelig voor voorgrondverontreiniging - zoals de obstructie van de Melkweg - en kan niet aantonen hoe deze polen in de loop van de tijd zijn veranderd. De asymmetrie tussen de draairichtingen van spiraalstelsels is een meting die niet gevoelig is voor obstructie. Wat sterrenstelsels in de ene richting in een bepaald veld kan belemmeren, zal noodzakelijkerwijs ook sterrenstelsels in de tegenovergestelde richting belemmeren.

"Er is geen fout of besmetting die zich zou kunnen vertonen door zo'n unieke, complexe en consistente patronen, " zei Shamir. "We hebben twee verschillende luchtonderzoeken die exact dezelfde patronen laten zien, zelfs als de sterrenstelsels totaal verschillend zijn. Er is geen fout die daartoe kan leiden. Dit is het universum waarin we leven. Dit is ons thuis."