宇宙大尺度上的各向同性▓▋●█▷，智学网教师端即在各个方向上物质分布均匀∷▉※|▉、膨胀速率一致▉■○△∷，是现代宇宙学的重要基石▽▶▋★█。不过最近○▓▲░●，这一假说遭受了一批天文学家的挑战※▉|●◀。借助两台强大的X射线望远镜▊|▶░▲，以及一个经验性的关系式□◇□▊○，他们得出了颇具争议的结论——宇宙在不同方向上的膨胀可能是不均匀的…░…▽★。不过※■□◆█，在另一些天文学家看来▲▊▼▷★，这个令人兴奋的结论░○❈▓░，却存在大量值得注意的疑点与漏洞※◁░||。
挑战宇宙各向同性
当我们用天文望远镜锁定宇宙的一片区域□▊|□△，会观察到什么景象◁░□◁▓？可能是一颗正在吞噬周围物质的黑洞◁▊❈…▼；可能是伸出旋臂◁△□|△，缓慢旋转的旋涡星系▊◆▋▊░；也可能是看似空无一物的星际空间■█○∷▋。这些纷繁复杂的元素◇◁◀▽★，共同构成了这个经历了138亿年演化的宇宙…□▲▲◆。但是※█▒❈▓，当我们的视野变得更加开阔|◁▉◁…，直至以数十亿光年的尺度看待这个宇宙时▲※▶█◇，笑闹天宫这时的宇宙单元依旧是如此丰富而变化多端吗◀▽|░░？
不▲▋●▋❈。恰恰相反∷○▓▓◆，无论我们将目光锁定在宇宙的任何方向▉▽▶●※，宇宙都是一致…▉▒◁█、没有任何变化的○▽▶█■。这就是现代宇宙学的重要基础——宇宙尺度上的各向同性▼※▶∷▉。
宇宙的各向同性源自一个很自然的想法▋△▼※▉：在宇宙大爆炸之后的暴胀阶段░◇▒○◇，宇宙空间向各个方向快速膨胀∷△∷◇※。在这个过程中▉○…△▒，宇宙的不均一性被消除▒▼●■█。而随后的持续膨胀过程※□▊◇▊，在各个方向上也不应该存在任何特殊之处▓○▽|▉。
宇宙各向同性的设想▒■○░▷，也得到了大量天文观测数据的支持▋|◆∷▽。尤其是当Arno Penzias和Robert Wilson捕捉到宇宙微波背景辐射（CMB）——宇宙大爆炸38万年时遗留下的辐射印迹时▓▊▉░▒，尽管在局部存在一些涨落…◀※❈▷，但它在宇宙尺度上均匀的分布…▋◆▼…，为宇宙各向同性的假说提供了重量证据★★○❈★。
不过最近|…▷▷∷，这一现代宇宙学的根基遭到了挑战■▶▲■▉。提出质疑的是德国波恩大学与哈佛-史密森尼天体物理中心的一支联合研究团队◇△★□○，他们借助两台X射线天文望远镜——美国航空航天局（NASA）的钱德拉X射线望远镜●▓▽❈●，以及欧洲空天局（ESA）XMM牛顿望远镜的X射线观测数据∷█▉◁■，整蛊专家游戏下载提出了不同的观点|◁▶▷□。
线性关系
这项研究关注的焦点█▉█◁▲，是星系团中的X射线◀■□∷▶。之前有研究发现■|□▼■，星系团的X射线光度▶▒▋▒▊，与弥漫在星系团中的高温气体的温度■■◀◁□，存在有趣的线性关系□▒▓█◁。基于这样的经验关系◆…❈◀…，天文学家得以通过这样的思路推断X射线源的距离——利用两台X射线望远镜∷▼∷▒▶，可以测出星系团中高温气体的X射线辐射▼◁▽★★，即气体的温度◀▉□□▉；而气体温度与X射线光度存在线性关系▼▷…▒◀，因此温度可以转化为X射线光度▒◁▼░▽，即X射线源的距离▽▉█…◆。注意▊▋▲▽●，这里的距离是独立于宇宙膨胀速率的▒◇▽▽◀。
此后△★○▋▉，研究人员可以通过另一种手段测定这些星系团的距离——只不过◀◀※□▋，这种测量手段是与宇宙膨胀速率相关的●■▋▊◁。因此▉▲▒★∷，云之家app下载当这两种手段推断出的星系团距离信息相结合❈▉※▊▓，就能告知我们星系团所处区域的膨胀速率▊※❈█❈。如果我们拥有来自宇宙不同区域▷|▷◀▽、数量足够多的膨胀速率信息◁█∷▋●，就有机会验证宇宙各向同性的猜想▷★…❈▋，或者▽▊▽△■，找到宇宙各向异性的蛛丝马迹❈∷△◁●。
研究团队利用当今两台最著名的X射线望远镜▽◇░▷※，获得了共313个星系团的数据▼∷▉▶▲。其中包括钱德拉X射线天文台在191天的曝光时间中●★◇▽◁，观测到的237个星系团▲▶▶◆●；以及XMM牛顿望远镜在35天内观测到的76个▒░▼▒▷。随后█❈░∷◁，为了进一步验证其结果▓◀◆▓█，研究团队还结合了此前XMM牛顿望远镜和ASCA宇宙学和天体物理学高新卫星的大量数据▊◇❈❈|。这样◆▋●●○，共有近850个星系团的距离信息被用于这项分析◆▓▲■□。
在这些星系团数据的帮助下★▶◆…◆，研究人员果然有了令人欣喜的发现○▶□※▒：正如下图所示▊●▷■░，在两片区域▋◁░|▽，哈勃常数明显偏离了平均值▲|◆◇▊。其中◁▼█◀◀，口语易下载黄色区域的宇宙膨胀速率超出了预期▷●▒■■；紫色区域的膨胀则比平均数值更慢▽◀█■▊。一言以蔽之▽▲◆▶…，宇宙的各向同性被打破了●□|◆▓。
暗能量分布不均▒◇▓▒▽？
如果作者的结论成立★▒◇▷□，这将是对现代宇宙学的一次强有力的冲击※▼∷▲★。宇宙在大尺度上的各向异性△■▷◆…，意味着我们对于宇宙基本结构的认知◇▶◇□▒，还存在不完善的地方▼※○▉█。那么█▉★◆▊，导致宇宙各向异性的因素可能是什么|▼■❈▶？
前面已经说到◇▋◀▋▲，宇宙微波背景辐射在大尺度上有着几乎完美的均一性▽▽▊▊∷。物质在宇宙中的分布仍是均匀的◀▶…▼░，那么问题◁❈●…█，可能来自占据宇宙总质量近70%的暗能量▒█░▒▒：暗能量∷∷▊●…，驱动宇宙加速膨胀的力量█▉▼●◇，自身可能不是均匀分布的▶▒★★▊。
也就是说◆▷★○※，在暴胀产生早期宇宙之后□◁▊★△，随后的数十亿年间▽▉❈█▋，暗能量在整个宇宙中的分布并不是我们此前想象的那样均匀——它在一些方向上更加密集▓∷◁※▲，而另一些区域则较为稀薄▉▲◀○●。这样的差异◁□▲★▶，造就了宇宙的“倾斜”▓◇△※※。
这样的假设并无不妥★○▉▶▓，因为暗能量本身就是天文学家为了解释宇宙加速膨胀而提出的概念◁□▒∷▋。对于暗能量的构成□∷■※❈、分布等信息█…▽◀❈，我们至今认识有限□▉…▽▲。如果我们此前对宇宙膨胀空间分布的认识存在偏差◇…□…※，那么暗能量的分布方式自然可以随之改变○…◁∷❈。
巨大争议
看上去…◇░▷▶，我们正在见证一项令人激动的突破█▷❈□●。这样的可能性当然存在❈░█…□，但问题在于△◆◀○▼，这项研究的结论或许并不牢靠▲▽…○|，甚至有着多项潜在的误差来源◇◀●◆○。
首当其冲的◇░◇▒※，是研究方法本身※◀…◀◆。前文提到▲▲▲◀■，这项研究使用的X射线光度与气体温度的线性关系░★❈■░，是基于经验总结的★◇◇░◇。在论文图表中▉▶∷…●，我们能够看到◀◆△▋◆，通过两台望远镜得到的关系斜率有所差异——这是一个非常危险的信号▓◀◁▊▒，因为两者的关系不应该随观测工具的不同出现波动△◀※▋◆。还有科学家发现※※△◇∷，相较于其他研究手段▷❈█▓◁，通过星系团得出的结论往往存在不一致性▲▽★❈◇，这为星系团研究的可靠性画上问号◇◆▉◆█。
约翰·霍普金斯大学的天文学家Adam Riess提出了另一种造成误差的可能性▲▉▓❈△。银河系中存在大量气体和尘埃盘▊❈▽△▼，在X射线到达望远镜的过程中█▒■▒◆，这些气体■……▶|、尘埃盘可能成为障碍物∷▷◇□◆，妨碍观测者的判断●▋◆□▓。Riess认为▊∷●▋▶，这个理论并不是凭空猜测◇▽★◀◁：各向异性最明显的区域●▽■▒●，恰好与银河系中X射线吸收气体和尘埃最稠密的区域重合▊▷|◇▓。
研究的数据本身░▽▲▓▋，也存在疑点▉▒◇△◆。论文指出◇█…░○，这项结论的置信度≥4-sigma∷∷■■…。在物理学中░░█|●，5-sigma是代表着足够显著性的“金标准”█∷∷▲○。而4-sigma的结果虽然不算糟糕▽▉…▓▋，但距离“金标准”仍有差距▓|▼▽|。
最后|□▼△▼，如果这项研究的数值真实存在❈▲◁█▼，而不是来自上述误差○▓◁❈▽，那么宇宙各向异性是唯一的解释吗◆※∷░▋？
不是|●▋❈▼。天文学家还提出了另一种可能的解释▷▷▲▉|，那就是“整体流”（bulk flow）◆|▼▷◀。理论上▉▒░▉□，星系团等物质在暗能量的推动下▲◆▷|■，按照哈勃常数膨胀∷■▊▷○。然而▼●◆◆▲，在实际观测中，一些星系团移动的速率并不完全等同于哈勃常数，这是因为在暗能量之外，它们还受到了普通物质的作用，而作用力的来源，就是邻近的大型星系团◆□▷○▒。例如，银河系的本动速率，即相较于哈勃常数的运动运动速率，达到达到631km/s░◁▒❈▷。
同样，在这项研究中，不同星系团展现出的膨胀速率差异，也可能归结于星系团的“整体流”★◇▶▶▒。唯一的问题是空间尺度——此前有研究证实，在不超过10亿光年的范围内，观测到类似的效应▼░◁▽▋。但要解释这项研究中的数据，需要在50亿光年的尺度上支配星系团的运动|▓◆△▓。
因此，至少目前看来，宇宙各向异性的理论还缺乏足够坚实的证据◆○█▓░。在此后一段时间内，相关争论仍将持续下去◆█□▼◁。论文作者希望，功能更加强大的下一代X射线望远镜，例如俄罗斯与德国联合研制的eROSITA…◇■▷■、ESA的“雅典娜”号X射线空间望远镜，将提供更加丰富▓▊◀░◁、范围更广的星系团距离信息△▒△▓▶。
