Σπάσιμο συμμετρίας στα «γαλαξιακά τετράεδρα» που συνδέεται με παραβίαση ισοτιμίας – Physics World

Σπάσιμο συμμετρίας στα «γαλαξιακά τετράεδρα» που συνδέεται με παραβίαση ισοτιμίας – Physics World

Χρονική σήμανση: 13 Ιουνίου 2023 9:58 π.μ.

Γαλαξίες JWST
Παραβίαση ισοτιμίας: εικόνα γαλαξιών που τραβήχτηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Οι αστρονόμοι έχουν βρει στοιχεία ότι η παραβίαση της ισοτιμίας στο πρώιμο σύμπαν επηρεάζει την κατανομή των γαλαξιών σήμερα. (Ευγενική προσφορά: NASA/ESA/CSA/JWST)

Αστρονόμοι στις ΗΠΑ ανακάλυψαν μια απροσδόκητη ασυμμετρία στις σχετικές θέσεις των γαλαξιών που είναι εκατοντάδες εκατομμύρια φως-χρόνια διαφορά. Το φαινόμενο θα μπορούσε να εξηγηθεί με ένα σπάσιμο της συμμετρίας των νόμων της φύσης που πιστεύεται ότι συνέβη λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Ως αποτέλεσμα, η παρατήρηση θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί φαίνεται να υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη από αντιύλη στο παρατηρήσιμο σύμπαν.

Η ανακάλυψη έγινε με την ανάλυση μιας βάσης δεδομένων με πάνω από ένα εκατομμύριο γαλαξίες που παρατηρήθηκαν από το Φασματοσκοπική Έρευνα Ταλάντωσης Βαρυονίου (ΑΦΕΝΤΙΚΟ). Η έρευνα έγινε από Τζιαμίν Χου και Ζαχαρία Σλεπιάν στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα και Ρόμπερτ Καν στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley στην Καλιφόρνια, ο οποίος βρήκε το απροσδόκητο μοτίβο.

Η παρατήρηση σχετίζεται με τη συμμετρία ισοτιμίας, η οποία εφαρμόζεται στις ηλεκτρομαγνητικές και βαρυτικές αλληλεπιδράσεις μεγάλης εμβέλειας στο Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής. Η ισοτιμία απαιτεί ένα φυσικό σύστημα να συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο όπως η κατοπτρική του εικόνα. Τα ανθρώπινα χέρια, για παράδειγμα, είναι κατοπτρικά είδωλα το ένα του άλλου, αλλά οι νόμοι της φυσικής ισχύουν εξίσου για το δεξί και το αριστερό χέρι.

Παραβίαση ισοτιμίας

Στον μικροσκοπικό κόσμο, ωστόσο, η συμμετρία ισοτιμίας μπορεί να παραβιαστεί από την ασθενή αλληλεπίδραση και πιθανώς από την ισχυρή αλληλεπίδραση – που και οι δύο δρουν σε πολύ μικρές αποστάσεις.

Το τρίο εξερεύνησε τη συμμετρία ισοτιμίας σε πολύ μεγάλη κλίμακα σχεδιάζοντας γραμμές μεταξύ τετραδύμων γαλαξιών που χωρίζονται από αποστάσεις μεταξύ 65 και 500 εκατομμυρίων φωτός-χρόνια. Όπως έδειξαν σε πρόσφατη εφημερίδα στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης, τα τετράεδρα που δημιουργήθηκαν από αυτήν την άσκηση θα μπορούσαν στη συνέχεια να αναλυθούν για στοιχεία παραβίασης ισοτιμίας.

Τώρα, αναφέρουν το αποτέλεσμα μιας τέτοιας μελέτης, την οποία ο Slepian περιγράφει ως «τεράστια έκπληξη».

Η ομάδα όρισε τα δεξιόστροφα και τα αριστερόστροφα γαλαξιακά τετράεδρα με βάση τον τρόπο που οι γαλαξίες συνδέθηκαν με τους πλησιέστερους και πιο απομακρυσμένους συνεργάτες τους. Βρήκαν ότι υπήρχαν σημαντικά περισσότεροι γαλαξίες με έναν τύπο χεριού από τον άλλο.

Γαλαξιακά τετράεδρα

«Για οποιαδήποτε δεδομένη κατανομή γαλαξιών υποθέτουμε ότι η συστάδα είναι αμετάβλητη υπό περιστροφή για οποιονδήποτε γαλαξία», εξηγεί ο Slepian. «Λοιπόν, αν κάθομαι σε έναν γαλαξία, θα πρέπει να δω ότι το σχέδιο της ομαδοποίησης είναι κατά μέσο όρο το ίδιο όπου κι αν περιστρέφω το κεφάλι μου και κοιτάζω. Ωστόσο, αντίθετα, βλέπουμε μια περίσσεια τετραέδρων πάνω από τις κατοπτρικές τους εικόνες».

Παρά τη δύναμη του αποτελέσματος, ο λόγος για αυτό το χέρι παραμένει μυστήριο. Η βαρύτητα είναι η μόνη γνωστή δύναμη που μπορεί να δράσει στις τεράστιες αποστάσεις που χωρίζουν τους γαλαξίες και δεν πρέπει να παραβιάζει την ισοτιμία. Αντίθετα, ο Slepian λέει ότι η ασυμμετρία, «πρέπει να είχε αποτυπωθεί ακόμη νωρίτερα στην ιστορία του σύμπαντος όταν έπαιζαν άλλες δυνάμεις».

Αυτό μας πάει πίσω στην περίοδο του κοσμικού πληθωρισμού, που συνέβη περίπου στις 10-33 s μετά το Big Bang. Σε αυτό το σημείο το σύμπαν γνώρισε μια σύντομη περίοδο εξαιρετικά γρήγορης διαστολής. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού έχουν από τότε επεκταθεί για να γίνουν η δομή μεγάλης κλίμακας του σύμπαντος. Επομένως, οποιαδήποτε παραβίαση ισοτιμίας που υπάρχει κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού θα μπορούσε να αποτυπωθεί στον τρόπο κατανομής των γαλαξιών στο σύμπαν 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα.

 Η προέλευση αυτής της παραβίασης ισοτιμίας παραμένει άγνωστη. «Θα μπορούσε να ήταν μια νέα δύναμη ή ένα νέο σωματίδιο, που ενεργούσε σε κβαντική κλίμακα εκείνη την εποχή», λέει ο Slepian.

Λείπει αντιύλη

Αυτή η πιθανή παρατήρηση παραβίασης της ισοτιμίας στον τρόπο κατανομής των γαλαξιών είναι συναρπαστικά νέα. Εκτός από την υπόδειξη της ύπαρξης της φυσικής πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο, θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην επίλυση ενός άλλου από τα βαθύτερα μυστήρια της φυσικής: γιατί υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη από την αντιύλη στο σύμπαν.

Το Καθιερωμένο Μοντέλο προβλέπει ότι ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης θα έπρεπε να είχαν σχηματιστεί στη Μεγάλη Έκρηξη. Αν συνέβαινε αυτό, η ύλη και η αντιύλη θα είχαν αφανιστεί η μία την άλλη, αφήνοντας το σύμπαν χωρίς κανένα από τα δύο. Ευτυχώς για εμάς φαίνεται να έχει απομείνει περίσσεια ύλης – ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυογένεση.

Είναι πιθανό ότι ο μηχανισμός που προκάλεσε παραβίαση της ισοτιμίας που οδήγησε σε αυτήν την τελευταία αστρονομική παρατήρηση θα μπορούσε επίσης να σχετίζεται με τη βαρυογένεση.

«Υπάρχει μια σειρά από μηχανισμούς που μπορούν να προκαλέσουν παραβίαση της ισοτιμίας, όλοι αρκετά κερδοσκοπικοί», λέει ο Slepian. Αναφέρει υποθετικά σωματίδια που ονομάζονται άξιον, ή μια από τις θεμελιώδεις δυνάμεις που συμπεριφέρονται διαφορετικά στις υψηλές ενέργειες της Μεγάλης Έκρηξης. «Αν και δεν είναι εγγυημένο ότι οποιοσδήποτε μηχανισμός που προκαλεί αυτή την παραβίαση της ισοτιμίας στους γαλαξίες θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει τη βαρυογένεση, νομίζω ότι σίγουρα θα μπορούσε να υπάρξει μια σχέση».

Ενώ η ύπαρξη αυτής της γαλαξιακής ασυμμετρίας δεν έχει τεκμηριωθεί πέρα ​​από κάθε αμφιβολία, τα ευρήματα παρέχουν ισχυρές αποδείξεις για τον πληθωρισμό και τη φυσική πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο. Ωστόσο, ένα συστηματικό σφάλμα στα δεδομένα θα μπορούσε να ευθύνεται για την παρατήρηση. «Θα αισθανθώ πολύ καλύτερα όταν το ίδιο σήμα φανεί σε διαφορετικό σύνολο δεδομένων που λαμβάνεται από διαφορετικό όργανο με διαφορετικό λογισμικό και διαφορετικούς ανθρώπους», λέει ο Slepian.

Ο Slepian, ο Hou και ο Cahn είναι όλοι μέλη της επιστημονικής ομάδας του Φασματοσκοπικό όργανο σκοτεινής ενέργειας (DESI) στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak. Θα παρατηρήσει πάνω από 35 εκατομμύρια γαλαξίες και το τρίο σκοπεύει να χρησιμοποιήσει το DESI για να κάνει περαιτέρω παρατηρήσεις για να επιβεβαιώσει τα ευρήματά του.

Τα αποτελέσματα περιγράφονται στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κόσμος Φυσικής