Anwendung der speziellen Relativitätstheorie durch Galaxienzählung

Dieses Bild stammt aus zusammengesetzten Bildern vom September 2003 bis Januar 2004, die vom NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommen wurden und fast 10.000 Galaxien im tiefsten sichtbaren Lichtbild des Universums zeigen, geschnitten über Milliarden von Lichtjahren. Bildnachweis: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), HUDF-Team

Wissenschaftler, die das Universum studieren, haben eine Lieblingsphilosophie, die als „Prinzip der Schlechtigkeit“ bekannt ist und im Wesentlichen darauf hindeutet, dass die Erde, die Sonne oder die Milchstraße im Vergleich zum Rest des Universums nichts wirklich Besonderes sind.

Jetzt fügt eine neue Forschung von CU Boulder dem Problem der Mittelung weitere Beweise hinzu: Galaxien befinden sich im Durchschnitt in Ruhe in Bezug auf das frühe Universum. Jeremy Darling, Professor für Astrophysik an der University of Colorado Boulder, veröffentlichte kürzlich diese neue kosmische Entdeckung in Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe.

„Was uns diese Forschung sagt, ist, dass wir komische Bewegungen haben, aber diese komischen Bewegungen stimmen mit allem überein, was wir über das Universum wissen – hier passiert nichts Besonderes“, sagte Darling. “Wir sind weder als Galaxie noch als Beobachter etwas Besonderes.”

Vor fast 35 Jahren entdeckten Forscher den kosmischen Mikrowellenhintergrund, elektromagnetische Strahlung, die bei der Entstehung des Universums während des Urknalls übrig geblieben ist. Der kosmische Mikrowellenhintergrund scheint in unserer Bewegungsrichtung wärmer und weiter in unserer Bewegungsrichtung kühler zu sein.

Aus diesem Leuchten des frühen Universums können Wissenschaftler schließen, dass sich die Sonne – und die Erde, die sie umkreist – mit einer bestimmten Geschwindigkeit in eine bestimmte Richtung bewegt. Die Forscher fanden heraus, dass unsere abgeleitete Geschwindigkeit ein Bruchteil eines Prozentsatzes der Lichtgeschwindigkeit ist – klein, aber nicht null.

Wissenschaftler können diese Schlussfolgerung unabhängig testen, indem sie die von der Erde aus sichtbaren Galaxien zählen oder ihre Helligkeit erhöhen. Sie können dies dank Albert Einsteins spezieller Relativitätstheorie von 1905 tun, die erklärt, wie sich Geschwindigkeit auf Raum und Zeit auswirkt. In dieser App sollte jeder auf der Erde, der das Universum in eine Richtung betrachtet – die gleiche Richtung, in die sich Sonne und Erde bewegen – hellere, blauere und fokussiertere Galaxien sehen. Ebenso sollte eine Person, wenn sie in die andere Richtung schaut, Galaxien sehen, die dunkler, roter und weiter voneinander entfernt sind.

Aber als Forscher in den letzten Jahren versuchten, Galaxien zu zählen – ein Prozess, der mit Genauigkeit schwierig durchzuführen ist – kamen sie auf Zahlen, die darauf hindeuten, dass sich die Sonne viel schneller bewegt als bisher angenommen, was mit der Standardkosmologie nicht vereinbar ist.

„Es ist schwer, die Anzahl der Galaxien am gesamten Himmel zu zählen, normalerweise bleibt man bei einer Hemisphäre oder weniger hängen“, sagte Darling. Außerdem steht uns unsere Galaxie im Weg. Sie enthalten Staub, der dazu führt, dass Sie weniger Galaxien finden und sie schwächer aussehen lassen, je näher Sie unserer kommen.

Darling war fasziniert und verwirrt von diesem kosmischen Mysterium, also beschloss er, selbst nachzuforschen. Er wusste auch, dass es zwei kürzlich veröffentlichte Vermessungen gab, die dazu beitragen könnten, die Genauigkeit galaktischer Zählungen zu verbessern – und Licht auf das Rätsel der Geschwindigkeit werfen könnten: eine namens New Mexico Very Large Array of the Sky (VLASS) Vermessung und die andere namens Rapid Australian Square Kilometer Pathfinder Continuum Survey (RACS). ) in Australien.

Zusammen ermöglichten diese Vermessungen Darling, den gesamten Himmel zu studieren, indem sie Ansichten der nördlichen und südlichen Hemisphäre zusammenfügten. Wichtig ist, dass die neuen Vermessungen auch Radiowellen verwendeten, was es einfacher machte, durch den Staub der Milchstraße zu „sehen“, wodurch die Sicht auf das Universum verbessert wurde.

Als Darling die Vermessungen analysierte, stellte er fest, dass die Anzahl und Helligkeit der Galaxien genau der Geschwindigkeit entsprachen, die Forscher zuvor aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund abgeleitet hatten.

„Wir finden einen hellen Trend und einen schwachen Trend – wir finden eine Richtung, in der es mehr Galaxien gibt, und eine Richtung, in der es weniger Galaxien gibt“, sagte er. „Der große Unterschied besteht darin, dass es vom kosmischen Mikrowellenhintergrund aus mit dem frühen Universum übereinstimmt und die richtige Geschwindigkeit hat. Unsere Kosmologie ist gut.“

Da sich Darlings Ergebnisse von früheren Ergebnissen unterscheiden, wird seine Arbeit wahrscheinlich verschiedene Folgestudien veranlassen, um seine Ergebnisse zu bestätigen oder zu bestreiten.

Aber die Ergebnisse bringen nicht nur das Gebiet der Kosmologie voran, sondern sind auch ein gutes reales Beispiel für Einsteins spezielle Relativitätstheorie – und sie zeigen, wie Forscher die Theorie immer noch in die Praxis umsetzen, mehr als 100 Jahre nachdem der berühmte Physiker erstmals vorgeschlagen hatte es. .

„Mir gefällt die Idee, dass man dieses Grundprinzip, von dem uns Einstein vor langer Zeit erzählt hat, sehen kann“, sagte Darling. „Es ist wirklich eine esoterische Sache und sieht sehr seltsam aus, aber wenn man hinausgeht und zurück in die Galaxien geht, kann man diesen netten Effekt sehen. Es ist nicht so esoterisch oder seltsam, wie man vielleicht denkt.“


Wir feiern den 32. Geburtstag von Hubble mit einer Gruppe von Galaxien


Mehr Informationen:
Jeremy Darling, Universum heller auf unsere Bewegung zu: Anzahl und Strömungen von Galaxien im Einklang mit dem CMB-Dipol, Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe (2022). DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ac6f08

Präsentiert von der University of Colorado in Boulder

das Zitat: Putting Special Theory of Relativity in Action, by Counting Galaxies (2022, 3. Juni) Abgerufen am 4. Juni 2022 von https://phys.org/news/2022-06-theory-special-relativity-galaxies.html

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