Die relativ attraktiven und abstoßenden Auswirkungen von über- und unterdichten Regionen auf die Milchstraße. Bildnachweis: „The Dipole Repeller“ von Yehuda Hoffman, Daniel Pomarède, R. Brent Tully und Hélène Courtois, Nature Astronomy 1, 0036 (2017).

Fragen Sie Ethan: Wenn die Schwerkraft anzieht, wie drückt der Dipol-Repeller die Milchstraße?

Ist Gravitationsabstoßung eine echte Sache?

"Zum ersten Mal haben Astronomen das Netzwerk von Galaxien, zu dem auch die Milchstraße gehört, umrissen und benannt, indem sie unserer kosmischen Adresse eine Linie hinzugefügt und unseren Platz im Universum weiter definiert haben." -Douglas Quenqua

Eines der eigentümlichsten Dinge im Universum ist, wie schnell sich die Milchstraße zu bewegen scheint. Obwohl die kosmischen Massen in der Nähe mit beispielloser Genauigkeit kartiert wurden, scheint es immer noch nicht genug zu geben, um die Bewegung zu verursachen, die wir tatsächlich erleben. Die Idee eines „großen Attraktors“ stimmt nicht ganz mit dem überein, was wir sehen. Was tatsächlich vorhanden ist, ist nicht ganz „großartig“ genug. Aber eine neue Idee - die eines Dipol-Repellers - könnte dieses langjährige Rätsel endlich erklären. Wie würde das funktionieren und was genau ist das? Das will Darren Redfern wissen:

Was ist die Mechanik hinter einem Dipol-Repeller? Wie kann ein Raum ohne Materie Galaxien in einem sinnvollen Ausmaß (oder überhaupt?) Abstoßen?
Das Gewebe der Raumerweiterung bedeutet, dass je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto schneller scheint sie von uns zurückzutreten. Bildnachweis: NASA, ESA und A. Feild (STScI).

Wenn Sie sich alle uns zugänglichen Galaxien ansehen würden, würden Sie im Durchschnitt feststellen, dass sie sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit von uns entfernen: der Hubble-Rate. Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto schneller scheint sie sich von uns zu entfernen, und das ist eine Folge des Lebens in einem expandierenden Universum, das von der Allgemeinen Relativitätstheorie regiert wird. Das ist aber nur im Durchschnitt. Jede einzelne Galaxie hat darüber hinaus eine zusätzliche Bewegung, die als eigentümliche Geschwindigkeit bekannt ist, und dies ist auf den kombinierten Gravitationseinfluss jeder Unvollkommenheit im Universum zurückzuführen.

Die verschiedenen Galaxien des Virgo Superclusters, gruppiert und gruppiert. Auf den größten Skalen ist das Universum einheitlich, aber wenn Sie auf Galaxien- oder Cluster-Skalen schauen, dominieren über- und unterdichte Regionen. Bildnachweis: Andrew Z. Colvin, über Wikimedia Commons.

Die uns am nächsten gelegene große Galaxie, Andromeda, bewegt sich dank der Anziehungskraft der Milchstraße tatsächlich auf uns zu. Galaxien im nächsten riesigen Galaxienhaufen - dem Virgo-Haufen - erreichen zusätzliche Geschwindigkeiten von bis zu 2.000 km / s zusätzlich zum Hubble-Fluss, den wir sehen. Und wenn wir uns das übrig gebliebene Leuchten des Urknalls, den kosmischen Mikrowellenhintergrund, ansehen, können wir unsere eigene Bewegung durch das Universum messen.

Der von COBE gemessene CMB-Dipol repräsentiert unsere Bewegung durch das Universum relativ zum Restrahmen des CMB. Bildnachweis: DMR, COBE, NASA, Vierjahres-Himmelskarte.

Dieser „kosmische Dipol“, den wir sehen, ist in eine Richtung rotverschoben (was bedeutet, dass wir uns von ihm entfernen) und in die andere Richtung bläulich verschoben (was bedeutet, dass wir uns darauf zubewegen), und wir können die Bewegung der gesamten lokalen Gruppe als eine rekonstruieren Ergebnis. Wir, Andromeda, Triangulum und alles andere bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 631 km / s relativ zum Hubble-Fluss, und wir wissen, dass die Gravitation die Ursache dafür sein muss. Wenn wir uns ansehen, wo sich die Galaxien befinden, können wir ihre Massen und die Anziehungskraft, die sie ausüben, abbilden.

Eine zweidimensionale Schicht der überdichten (rot) und unterdichten (blau / schwarz) Regionen des Universums in unserer Nähe. Bildnachweis: Cosmic Flows Project / Universität von Hawaii, über http://www.cpt.univ-mrs.fr/.

Dank des kürzlich durchgeführten Projekts Cosmic Flows haben wir nicht nur das nahe gelegene Universum genauer als je zuvor kartiert, sondern auch festgestellt, dass die Milchstraße am Rande einer riesigen Sammlung von Galaxien liegt, die uns dorthin ziehen: Laniakea. Dies ist ein wesentlicher Beitrag zu unserer eigentümlichen Bewegung, aber es reicht nicht aus, alles allein zu erklären. Gravitationsattraktion ist nur die halbe Wahrheit. Die andere Hälfte? Es kommt von der Gravitationsabstoßung. Lassen Sie mich erklären.

Wenn alle Orte und Richtungen gleich dicht wären, gäbe es keine bevorzugte Anziehungskraft. Überdichte Regionen sind jedoch attraktiver, während unterdichte Regionen weniger attraktiv sind, was zu einer wirksamen Abstoßung führt. Bildnachweis: ESA / Hubble & NASA Anerkennung: Judy Schmidt (Geckzilla).

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Universum, in dem Sie überall, wo Sie hinschauen, gleich viele Massen haben, die gleichmäßig verteilt sind. In alle Richtungen, an allen Orten, ist das Universum mit Materie gleichmäßiger Dichte gefüllt. Wenn Sie eine zusätzliche Masse in einem bestimmten Abstand zu Ihrer Linken platzieren, werden Sie aufgrund der Anziehungskraft nach links angezogen.

Wenn Sie jedoch einen Teil der Masse im gleichen Abstand zu Ihrer Rechten entfernen, werden Sie auch zu Ihrer Linken hingezogen! In einem vollkommen einheitlichen Universum würden Sie gleichermaßen von allen Richtungen angezogen, und diese anziehende Kraft würde sich aufheben. Wenn Sie jedoch etwas Masse aus einer bestimmten Richtung entfernen, kann dies Sie nicht so stark anziehen, sodass Sie bevorzugt in die andere Richtung angezogen werden.

Dipole treten am häufigsten im Elektromagnetismus auf, wo wir Negatives als attraktiv und Positives als abstoßend betrachten. Wenn Sie dies gravitativ betrachten, wäre negativ

Es ist technisch gesehen keine Gravitationsabstoßung, da die Gravitation immer attraktiv ist, aber Sie fühlen sich weniger zu einer Richtung hingezogen als zu allen anderen, und so wirkt eine unterdichte Region effektiv als Gravitationsabstoßer. Sie können sich sogar eine Situation vorstellen, in der Sie auf der einen Seite eine übermäßig dichte Region und auf der anderen Seite eine unterdichte Region haben. Sie würden gleichzeitig die größte Anziehungskraft und Abstoßung erleben. Dies ist die Idee des Dipol-Repellers.

Die Anziehungskraft (blau) von Regionen mit hoher Dichte und die relative Abstoßung (rot) der Regionen mit hoher Dichte, wenn sie auf die Milchstraße wirken. Bildnachweis: „The Dipole Repeller“ von Yehuda Hoffman, Daniel Pomarède, R. Brent Tully und Hélène Courtois, Nature Astronomy 1, 0036 (2017).

Es ist schwierig zu messen, wo sich eine unterdichte Region befindet, da Regionen mit durchschnittlicher Dichte sowohl keine Galaxien als auch keine unterdichten Galaxien aufweisen. Aber eine kürzlich entdeckte kosmische Leere in der Nähe und in entgegengesetzter Richtung zu der großen Konzentration von Galaxien, die uns anzieht, scheint für ungefähr 50% unserer eigentümlichen Bewegung verantwortlich zu sein, was genau der Menge entspricht, die allein von den überdichten Regionen nicht berücksichtigt wurde .

Endlich könnte dies die Lösung dafür sein, warum unsere Sonne, unsere Galaxie und unsere lokale Gruppe alle die Bewegung zeigen, die sie tun. Die Schwerkraft ist niemals abstoßend, aber eine weniger anziehende Kraft in eine Richtung als alle anderen verhält sich ununterscheidbar von einer Abstoßung. Wir können zwischen einem Zug in eine Richtung und einem Stoß in die entgegengesetzte Richtung unterscheiden, aber in der Astrophysik ist alles dasselbe: Kräfte und Beschleunigung. Es hat nichts mit dunkler Energie oder einer mysteriösen fünften Kraft zu tun; Es hat einfach einen Überschuss an Materie in einer Richtung und einen Mangel an Materie in fast genau der entgegengesetzten Richtung. Das Ergebnis? Wir bewegen uns auf unsere eigene, eigenartige Weise durch das Universum.

Referenz: Der Dipol-Repeller, Yehuda Hoffman, Daniel Pomarède, R. Brent Tully und Hélène M. Courtois, Naturastronomie 1, Artikelnummer: 0036 (2017).

Senden Sie Ihre Fragen und Vorschläge zu Ask Ethan an Startwithabang bei gmail dot com!

Dieser Beitrag erschien zuerst bei Forbes und wird Ihnen von unseren Patreon-Unterstützern werbefrei zur Verfügung gestellt. Kommentieren Sie unser Forum und kaufen Sie unser erstes Buch: Beyond The Galaxy!