Kosmos minst 250 ganger større enn synlig univers, sier kosmologer

Når vi ser ut i universet, må tingene vi kan se være nær nok til at lyset har nådd oss ​​siden universet begynte. Universet er omtrent 14 milliarder år gammelt, så ved første øyekast er det lett å tenke at vi ikke kan se ting mer enn 14 milliarder lysår unna.

Det er imidlertid ikke helt riktig. Fordi universet utvider seg, er de mest fjerne synlige tingene mye lenger unna enn det. Faktisk har fotonene i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen reist kjølige 45 milliarder lysår for å komme hit. Det gjør det synlige universet rundt 90 milliarder lysår på tvers.

Det er stort, men universet er nesten helt sikkert mye større. Spørsmålet enn mange kosmologer har tenkt på, er hvor mye større. I dag har vi et svar takket være noen interessante statistiske analyser av Mihran Vardanyan ved University of Oxford og et par kompiser.

Det er klart at vi ikke kan måle universets størrelse direkte, men kosmologer har forskjellige modeller som antyder hvor stort det burde være. For eksempel er en tankegang at hvis universet ekspanderte med lysets hastighet under inflasjon, så burde det være 10^23 ganger større enn det synlige universet.

Andre estimater avhenger av en rekke faktorer og spesielt av universets krumning: om det er lukket, som en kule, flatt eller åpent. I de to sistnevnte tilfellene må universet være uendelig.

Hvis du kan måle krumningen til universet, kan du deretter sette grenser for hvor stor den må være.

Det viser seg at astronomer de siste årene har forskjellige geniale måter å måle universets krumning på. Den ene er å søke etter et fjerntliggende objekt av kjent størrelse og måle hvor stort det ser ut. Hvis det er større enn det burde være, er universet stengt; hvis det er riktig størrelse, er universet flatt, og hvis det er mindre, er universet åpent.

Astronomer vet om én type objekter som passer til regningen: bølger i det tidlige universet som ble frosset i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. De kan måle størrelsen på disse bølgene, kalt baryoniske akustiske oscillasjoner, ved hjelp av romobservatorier som WMAP.

Det finnes også andre indikatorer, som lysstyrken til supernovaer av type 1A i fjerne galakser.

Men når kosmologer undersøker alle disse dataene, gir forskjellige modeller av universet forskjellige svar på spørsmålet om krumning og størrelse. Hvilken skal du velge?

Gjennombruddet som Vardanyan og vennene har gjort er å finne en måte å gjennomsnittlige resultatene av alle dataene på enklest mulig måte. Teknikken de bruker kalles Bayesiansk modellgjennomsnitt, og den er mye mer sofistikert enn den vanlige kurvetilpasningen som forskere ofte bruker for å forklare dataene sine.

En nyttig analogi er med tidlige modeller av solsystemet. Med jorden i sentrum av solsystemet ble det gradvis vanskeligere og vanskeligere å tilpasse observasjonsdataene til denne modellen. Men astronomer fant måter å gjøre det på ved å introdusere stadig mer komplekse systemer, hjul-i-hjul-modellen av solsystemet.

Vi vet nå at denne tilnærmingen var helt feil. En bekymring for kosmologer er at en lignende prosess pågår nå med modeller av universet.

Bayesiansk modellgjennomsnitt beskytter automatisk mot dette. I stedet for å spørre hvor godt modellen passer til dataene, stiller den et annet spørsmål: gitt dataene, hvor sannsynlig er det at modellen er riktig. Denne tilnærmingen er automatisk partisk mot komplekse modeller - det er en slags statistisk Occams barberhøvel.

Ved å bruke det på forskjellige kosmologiske modeller av universet, er Vardanyan og co i stand til å legge viktige begrensninger på universets krumning og størrelse. Faktisk viser det seg at begrensningene deres er mye strengere enn det som er mulig med andre tilnærminger.

De sier at krumningen til universet er tett begrenset rundt 0. Med andre ord er den mest sannsynlige modellen at universet er flatt. Et flatt univers vil også være uendelig, og deres beregninger stemmer overens med dette også. Disse viser at universet er minst 250 ganger større enn Hubble-volumet. (Hubble-volumet er lik størrelsen på det observerbare universet.)

Det er stort, men faktisk mer begrenset enn mange andre modeller.

Og det faktum at det kommer fra en så elegant statistisk metode betyr at dette arbeidet sannsynligvis vil ha bred appell. I så fall kan det godt ende opp med å bli brukt til å finjustere og begrense andre områder av kosmologien også.

Ref: arxiv.org/abs/1101.5476 : Anvendelser av Bayesiansk modell i gjennomsnitt til krumningen og størrelsen på universet

gjemme seg