JWST's Deep Field Observations strider mod det kosmologiske princip

James Webb Space Telescope's dybfeltsobservationer under JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) viser utvetydigt, at de fleste af galakserne roterer i modsat retning af Mælkevejens rotationsretning. Denne ikke-tilfældighed i retning af galakse rotation strider mod kosmologiske principper, som kræver antallet af galakser, der roterer i én retning for at være næsten det samme som antallet af galakser, der roterer i den modsatte retning. Det standard kosmologiske princip (CP) har den opfattelse, at universet er homogent og isotropisk i stor skala, dvs. universet er det samme i alle retninger, er der ingen retningsbestemt præference. Den nøjagtige årsag til den observerede inkonsistens kendes ikke. Måske, det kosmologiske princip er ufuldstændigt til at fange universets struktur i stor skala, og universet begyndte med et spin, eller det har et gentaget fraktalt mønster.

Det kosmologiske princip (CP) er en af de grundlæggende idéer i kosmologi. Ifølge dette er universet både homogent og isotropt, i tilstrækkelig stor skala, dvs. universet er det samme i alle retninger, der er ingen retningsbestemt præference. I sammenhæng med rotationsretningen for galakser indebærer det standard kosmologiske princip, at antallet af galakser, der roterer i én retning, bør være næsten det samme som antallet af galakser, der roterer i den modsatte retning. Tidligere undersøgelser har dog vist, at det ikke er tilfældet og antydet en asymmetri i retningen af galaksens rotation. Den nylige analyse af ekstremt detaljerede billeder af galakser i det tidlige univers leveret af JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) viser utvetydigt, at de fleste af galakser i de dybe felter roterer i retningen modsat rotationsretningen for vores hjemmegalakse Mælkevejen.

Med JWST kan alle se, at størstedelen af galakserne i det dybe univers roterer i modsat retning af Mælkevejen. Men hvordan kan det være? Måske er universet født roterende, eller måske er det forårsaget af afstanden og rotationshastigheden.https://t.co/R4ZuRhgaFn pic.twitter.com/8u3P9iHeJI
— Lior Shamir (@shamir_lior) Februar 27, 2025

Mælkevejen – galaksen vi lever i
1. Vores hjemmegalakse Mælkevejen er en spiralgalakse med en flad, skiveformet struktur.
2. Alle stjernerne (inklusive solen) og gassen i skiven roterer rundt om det galaktiske centrum i retning mod uret (for observatøren over det galaktiske plan).
3. Solen sammen med hele dets planetsystem inklusive Jorden er placeret i Orion-Cygnus spiralarmen omkring 25,000 lysår fra det galaktiske centrum og tager omkring 230 millioner år at fuldføre en rotation rundt om midten.
4. Jorden, stedet for vores observationer, roterer også omkring det galaktiske centrum i retning mod uret sammen med alt andet i Mælkevejen.

JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES)
1. Formål: undersøgelse af tidligt univers
2. Studerer galaksedannelse og evolution fra høj rødforskydning til kosmisk middag (svarende til rødforskydninger på z = 2-3, da universet var omkring 2 til 3 milliarder år gammelt)
3. Bruger infrarød billeddannelse og spektroskopi i GOODS-S og GOODS-N dybe felter (GOODS-N falder sammen med Hubble Deep Field North, mens GOODS-S falder sammen med Chandra Deep Field South).
4. I det første år stødte JADES-forskerne på hundredvis af kandidatgalakser fra de første 650 millioner år efter big bang.

Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS)
1. Kombinerer dybe observationer fra tre store observatorier: Hubble-rumteleskopet, Spitzer-rumteleskopet og Chandra X-ray Observatory sammen med data fra andre teleskoper.
2. Gør det muligt for astronomer at studere dannelsen og udviklingen af galakser i det fjerne, tidlige univers.
3. sigter mod at forene ekstremt dybe observationer fra NASA's store observatorier (Spitzer, Hubble og Chandra), ESA's Herschel og XMM-Newton og de mest kraftfulde jordbaserede faciliteter.

I dybfeltsbillederne af det tidlige univers taget af JWST under JADES-programmet, har det vist sig, at antallet af galakser, der roterer i modsat retning af Mælkevejens rotationsretning, er 50 % højere end antallet af galakser, der roterer i samme retning som Mælkevejen. Der er således en udtalt asymmetri i fordelingen af galaksespinretninger i det tidlige univers.

Den nøjagtige årsag, der er ansvarlig for den observerede asymmetri, der strider mod det standard kosmologiske princip, er ukendt. Forestillingen om, at "universet er både homogent og isotropt i stor skala" er ikke bevist. JWSTs dybe feltobservationer synes at overtræde det. Måske er princippet ufuldstændigt og fanger ikke ordentligt storskalastrukturen (LSS) af det tidlige univers.

Alternative kosmologiske modeller overtræder isotropi-antagelsen af det standard kosmologiske princip, men forklarer den observerede krænkelse af symmetri i retningen af galaksens rotation. Sort huls kosmologi (BHC) og teori om roterende univers er sådan en alternativ model. Ifølge dette er universet hostet inde i et sort hul i et moderunivers. Fordi et sort hul snurrer, roterer universet i et sort hul også i samme retning, og derfor har et sådant univers en akse eller en foretrukken rotationsretning, hvilket kan forklare, hvorfor de fleste af de galakser, der observeres i JWST-dybfeltet, har én rotationsretning. Universets fraktalstruktur er en anden alternativ model, som er baseret på antagelsen om, at universets storskalastruktur har en fraktalstruktur. Det gentagne fraktale mønster ophæver tilfældigheder i universet og derfor krænker symmetrien i galaksernes rotationsretninger.

En anden mulighed er, at det kosmologiske princip faktisk er gyldigt, universet er tilfældigt, og den observerede ikke-tilfældighed i retning af galaksespin i JWST-dybfelt til en jordbaseret observatør er en effekt af rotationshastigheden af de observerede galakser i forhold til Mælkevejens rotationshastighed på galaksernes lysstyrke. Galakser, der roterer i modsat retning af Mælkevejens rotationsretning, ser lysere ud på grund af Doppler-forskydningseffekten og er mere tilbøjelige til at blive observeret. Men da rotationshastighedens påvirkning på galaksernes lysstyrke er mild, er det vanskeligt at forklare de observationer, der er foretaget gennem JADES og andre programmer. Måske påvirker nogle ukendte aspekter af fysik af galakserotation observationerne.

***

Referencer:

Shamir L., 2025. Fordelingen af galakserotation i JWST Advanced Deep Extragalactic Survey. Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society, bind 538, udgave 1, marts 2025, side 76-91. Udgivet 17. februar 2025. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf292

Kansas State University News – K-State-forskers undersøgelse gør forvirrende observationer om Mælkevejen, dybe rumgalaksers rotationer. Opslået 12. marts 2025. Tilgængelig kl https://www.k-state.edu/media/articles/2025/03/lior-shamir-james-webb-space-telescope-spinning-galaxies.html

Max-planck-gesellschaft. Nyheder – Redningsmission for det kosmologiske princip. Opslået 17. september 2024. Tilgængelig kl https://www.mpg.de/23150751/meerkat-absorption-line-survey-and-the-cosmological-principle

Aluri PK, et al 2023. Er det observerbare univers i overensstemmelse med det kosmologiske princip? Classical and Quantum Gravity, bind 40, nummer 9. Udgivet 4. april 2023. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6382/acbefc