Kosmos mindst 250 gange større end det synlige univers, siger kosmologer

Når vi ser ud i universet, skal de ting, vi kan se, være tæt nok på, at lyset har nået os, siden universet begyndte. Universet er omkring 14 milliarder år gammelt, så ved første øjekast er det nemt at tro, at vi ikke kan se ting mere end 14 milliarder lysår væk.

Det er dog ikke helt rigtigt. Fordi universet udvider sig, er de fjerneste synlige ting meget længere væk end det. Faktisk har fotonerne i den kosmiske mikrobølgebaggrund rejst kølige 45 milliarder lysår for at komme hertil. Det gør det synlige univers til omkring 90 milliarder lysår på tværs.

Det er stort, men universet er næsten helt sikkert meget større. Spørgsmålet, end mange kosmologer har overvejet, er, hvor meget større. I dag har vi et svar takket være nogle interessante statistiske analyser af Mihran Vardanyan ved University of Oxford og et par venner.

Det er klart, at vi ikke direkte kan måle universets størrelse, men kosmologer har forskellige modeller, der antyder, hvor stort det burde være. For eksempel er en tankegang, at hvis universet udvidede sig med lysets hastighed under oppustning, så burde det være 10^23 gange større end det synlige univers.

Andre skøn afhænger af en række faktorer og især af universets krumning: om det er lukket, som en kugle, fladt eller åbent. I de to sidstnævnte tilfælde skal universet være uendeligt.

Hvis man kan måle universets krumning, kan man så sætte grænser for, hvor stor den må være.

Det viser sig, at astronomer i de senere år har forskellige geniale måder at måle universets krumning på. Den ene er at søge efter et fjernt objekt af kendt størrelse og måle, hvor stort det ser ud. Hvis det er større end det burde være, er universet lukket; hvis det har den rigtige størrelse, er universet fladt, og hvis det er mindre, er universet åbent.

Astronomer kender til én type objekt, der passer til regningen: bølger i det tidlige univers, der blev frosset i den kosmiske mikrobølgebaggrund. De kan måle størrelsen af ​​disse bølger, kaldet baryoniske akustiske oscillationer, ved hjælp af rumobservatorier såsom WMAP.

Der er også andre indikatorer, såsom lysstyrken af ​​type 1A supernovaer i fjerne galakser.

Men når kosmologer undersøger alle disse data, giver forskellige modeller af universet forskellige svar på spørgsmålet om dets krumning og størrelse. Hvilken skal man vælge?

Det gennembrud, som Vardanyan og kammerater har gjort, er at finde en måde at gennemsnittet resultaterne af alle data på på den enklest mulige måde. Teknikken, de bruger, kaldes Bayesiansk modelgennemsnit, og den er meget mere sofistikeret end den sædvanlige kurvetilpasning, som videnskabsmænd ofte bruger til at forklare deres data.

En nyttig analogi er med tidlige modeller af solsystemet. Med Jorden i centrum af solsystemet blev det gradvist sværere og sværere at tilpasse observationsdataene til denne model. Men astronomer fandt måder at gøre det på ved at introducere stadig mere komplekse systemer, hjul-i-hjul-modellen af ​​solsystemet.

Vi ved nu, at denne tilgang var helt forkert. En bekymring for kosmologer er, at en lignende proces foregår nu med modeller af universet.

Bayesiansk modelgennemsnit beskytter automatisk mod dette. I stedet for at spørge, hvor godt modellen passer til dataene, stiller den et andet spørgsmål: givet dataene, hvor sandsynligt er det, at modellen er korrekt. Denne tilgang er automatisk forudindtaget i forhold til komplekse modeller - det er en slags statistisk Occams barbermaskine.

Ved at anvende det på forskellige kosmologiske modeller af universet er Vardanyan og co i stand til at placere vigtige begrænsninger på universets krumning og størrelse. Faktisk viser det sig, at deres begrænsninger er meget strengere, end det er muligt med andre tilgange.

De siger, at universets krumning er stramt begrænset omkring 0. Med andre ord er den mest sandsynlige model, at universet er fladt. Et fladt univers ville også være uendeligt, og deres beregninger stemmer også overens med dette. Disse viser, at universet er mindst 250 gange større end Hubble-volumenet. (Hubbles volumen svarer til størrelsen af ​​det observerbare univers.)

Det er stort, men faktisk mere stramt end mange andre modeller.

Og det faktum, at det kommer fra en så elegant statistisk metode, betyder, at dette arbejde sandsynligvis vil have bred appel. Hvis det er tilfældet, kan det meget vel ende med at blive brugt til også at finjustere og begrænse andre områder af kosmologi.

Ref: arxiv.org/abs/1101.5476 : Anvendelser af Bayesiansk model i gennemsnit til universets krumning og størrelse

skjule