Kosmisk strålning - början på ett ny slags fysik eller statistiskt misstag?
Vintergatan är lite av en barriär mellan oss och övriga universum. (Foto: NASA, CC BY)


Aktuell forskning tyder på att något inte är helt rätt i vår syn på universum – att något är skevt i vår syn på den äldsta strålningen som når våra teleskop.

Vad är det som orsakar denna skevhet? Är det en ny grundläggande fysik, eller något så bisarrt som en kollision med ett annat universum?

Hur spännande detta än låter så tyder en studie som publicerats i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics på att lösningen är betydligt mer världslig – det är sättet på vilket data ursprungligen analyserades på som producerade till synes betydande avvikelser.

Science fiction-författaren Isaac Asimov sade i ett berömt uttalande: ”Den mest spännande frasen att få höra inom vetenskapen, den som förebådar nya upptäckter, är inte ’Eureka!” utan ’det var lustigt’.”

Vad är det då som är så roligt?

Forskarna letar alltid efter avvikelser – delar av experimentell data och observationer som inte överensstämmer med rådande teorier och idéer. Avvikelser pekar ut vägen mot nya forskningsinriktningar och öppnar dörrar som avslöjar universums hemligheter.

För dagens kosmologer har sökandet blivit angeläget, inte för att saker och ting är så hemska, utan för att saker och ting är så bra. Våra nuvarande modeller av universum fungerar förvånansvärt väl. De förklarar på ett exakt vis utbredningen och rörelserna för galaxerna som ett resultat av mörk materia, mörk energi och gravitation.

De förklarar också på ett exakt sätt mönstren för den kosmiska bakgrundsstrålningen, den strålning som finns kvar sedan universums överhettade födelse. Mönstret är ett resultat av den komplexa fysiken i det tidiga universum, från det att de första galaxerna bildades.


Den här kartan visar den kosmiska bakgrundsstrålningen från Planck-satelliten i mars 2013. Bilden längs det galaktiska planet är problematiskt, och togs bort och bearbetades sedan med en interpoleringsmetod av Planck-konsortiet för att studera avvikelserna i mikrovågorna. Cirkeln visar ett område med kalla fläckar. (Foto: Planck consortium)

Den här kartan visar den kosmiska bakgrundsstrålningen från Planck-satelliten i mars 2013. Bilden längs det galaktiska planet är problematiskt, och togs bort och bearbetades sedan med en interpoleringsmetod av Planck-konsortiet för att studera avvikelserna i mikrovågorna. Cirkeln visar ett område med kalla fläckar. (Foto: Planck consortium)

Genom upprepade experiment – med satelliten Cosmic Background Explore (COBE) på 1990-talet, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) på 2000-talet och nyligen Planck-teleskopet – har man kunnat visa finare och finare detaljer. Och vid denna förfining har inga avvikelser upptäckts.

Detta oroar kosmologerna då vi vet att våra matematiska modeller knappast kan vara kompletta. Vi vet att de två ledande vetenskapliga teorierna, gravitation och kvantmekanik, inte fungerar tillsammans. Vi hoppades därför att mönstren för den kosmiska bakgrundsstrålningen skulle ge oss vissa ledtrådar.

Avvikelser i systemet

Men medan de fina detaljerna överensstämde så tycktes de mer storskaliga aspekterna av mönstret avvika från det man kunde förvänta sig. Kosmologerna har hoppats på de här avvikelserna (som fått smeknamn som ondskans axel och den kalla fläcken) som bevis för ett helt område av exotisk fysik, som ojämn expansion, universum som drar åt vänster och kosmiska kollisioner. Kanske är detta de ledtrådar vi alla väntat på?

Så enkelt är det dock inte. En komplexitet med att observera kosmos är att vår sol är inbäddad djupt i Vintergatan, omgiven av andra stjärnor, gas och stoft. Detta betyder att stora delar av himlen inte går att observera, eftersom de är dolda av vår egen galaktiska förgrund.

Och detta är särskilt dåligt för observationer av den kosmiska bakgrundsstrålningen, då den stoftliknande materian i Vintergatan avger liknande våglängder och stör de signaler som kosmologerna söker efter.

En ny titt på bilddata

I en ny artikel har man åter undersökt de tillvägagångssätt som normalt används när man råkar ut för sådan störning, och maskerar bort de områden på himlen där galaktiska emissioner tycks dominera.

Arbetet, som utförts av den europeiske kosmologen Anaïs Rassat med kollegor, avslöjar något överraskande att själva maskeringen på ett artificiellt vis tycktes förstärka vissa av de avvikande signalerna. Detta är naturligtvis ganska oroande om man hade hoppats på att dessa avvikande signaler pekade mot något intressant!

Rassat gick dock vidare och undersökte andra källor till bakgrundssignaler som tidigare betraktats som inkonsekventa. Bland dessa fanns en detaljerad undersökning av Vintergatans rörelse i den lokala miljön, och en subtil signal på grund av den väg som fotonerna i den kosmiska bakgrundsstrålningen färdats under miljardtals ljusår.

Och resultatet var att de till synes inkonsekventa effekterna trots allt inte var så inkonsekventa, och att signifikansen i avvikelserna minskade än mer.

Bra eller dåliga nyheter?

Nu kanske ni tror att detta är en stor framgång då våra nuvarande teoretiska förväntningar och observationer matchar ännu bättre. Men om man jagar efter ledtrådar till ett ny slags fysik har den kosmiska bakgrundsstrålningen visat sig vara väldigt samarbetsovillig.

Det är viktigt att tillstå att observationerna av den svaga kosmiska strålningen inte är enkel att fånga in och analysera, och att redogöra för störningar och bakgrund inuti en svag signal kommer aldrig att bli enkelt. Den här nya artikeln hjälper till att skapa klarhet i detta i våra observationer av den kosmiska bakgrundsstrålningen.

Vi bör förvänta oss att avvikelser kommer att uppstå när vi rör oss bland experiment och observationer i fronten, och att detta följs av vilda teoretiska spekulationer. Vissa avvikelser kommer att tyna bort när de undersöks med större noggrannhet, medan andra kommer att bli starkare och ge nya ledtrådar och nya inriktningar.

Spetsforskning är sällan entydig, och svaret är så gott som aldrig svart eller vitt. Det är alltid viktigt att komma ihåg det.

Geraint Lewis har finansiering från Australian Research Council. Den här artikeln publicerades först i .

Översatt från engelska