現代宇宙學中有一個名詞，叫“各向同性（isotropic）”，意為在大尺度上，各個不同的方向上的宇宙都是相同、均質的。

這一理念是現代宇宙學的核心支柱。但是最近有一些科學家卻發現，宇宙各個不同方向上的膨脹速度可能並不一致。如被確認，那麼現代宇宙學的這個支柱就可能會崩塌，人們可能不得不從最基本的問題上反思對宇宙的認識。

研究人員分析了幾百個星系團，這是其中4個。研究結果顯示宇宙可能並不具有真正的“各向同性”。NASA / CXC / 波昂大學 / K. Migkas 等

根據當今流行的理論，宇宙自“大爆炸”後，已經持續膨脹了138億年，且在“暗能量”的作用下，不斷地加速。基於愛因斯坦的廣義相對論，人們認為宇宙的膨脹，在大尺度空間上也具有“各向同性”。

人們在宇宙微波背景中看到的一些特點與這一看法是相符的。宇宙微波背景是滲透在整個宇宙中的“大爆炸”遺留輻射，它也具有“各向同性”。宇宙學家推斷，這種特點從宇宙的極早期開始，一直保留到了今天。

但是該推斷究竟有多少有效性是不確定的。暗能量是宇宙演化史近40億年的主宰力量，但暗能量的本質究竟為何仍是個謎。通過暗能量，天體物理學家無法得出確鑿的結論。認為宇宙具有“各向同性”更多地像一種信念，而非事實。所以人們也迫切地想要確認現代宇宙是否真的具有“各向同性”。

在德國波昂大學Konstantinos Migkas主持下進行的這一研究，也是對這種需求的一個迴應。

研究人員分析了842個宇宙間最大的引力束縛結構——星系團。通過分析這些星系團內部大空間範圍內的X射線輻射，研究人員首先測定了每一個星系團的溫度，並通過溫度資訊，估算出每個星系團的X射線亮度。此過程無需宇宙學變數——比如宇宙膨脹速度的介入。

隨後研究人員又用不同的方式對每個星系團的X射線亮度進行計算。這種方法需要把宇宙膨脹的因素考慮在內。這樣人們就可以得到宇宙各部分的膨脹速度。

研究結果顯示，天空中某些區域膨脹得慢一些，而某些區域膨脹得快一些。研究人員表示，這一結果與此前其他科學家用不同方法得出的一些結論是吻合的，而由於這一次的研究物件在天空中分佈得更均勻，因此他們對宇宙具有“各向異性（anisotropy）”更有信心。

此圖顯示了天空不同方向上宇宙膨脹速度的差異。黑紫色區的膨脹速度偏慢，紅黃色區的膨脹速度偏快。銀河系中心位於圖正中心。波昂大學 / K. Migkas等

研究中也存在一些不確定因素。比如那這些位於“異常”區的星系團與其他星系團之間或許存在更強的引力聯絡，而正是這種聯絡產生了膨脹速度間的差異假象。

但是這種假象通常只產生在較小的尺度上。此次分析的星系團遠在50億光年外，引力是否能夠跨越如此浩瀚的空間發生作用不得而知。

假如這種膨脹速度的差異確實存在，那麼宇宙的執行機制中就可能存在某種尚不為人知的東西。比如“暗能量”在宇宙各處的分佈可能就是不均勻的。

如果真是這樣，那這就是一個驚人的發現。

相關論文發表在4月的《天文學和天體物理學》期刊上。

參考：

Surprise! The universe's expansion rate may vary from place to placehttps://www.space.com/universe-expansion-rate-may-vary.html

Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX−T scaling relationhttps://arxiv.org/abs/2004.03305