Kosmos minst 250 gånger större än synligt universum, säger kosmologer

När vi tittar ut i universum måste det vi kan se vara tillräckligt nära för att ljuset ska ha nått oss sedan universum började. Universum är cirka 14 miljarder år gammalt, så vid första anblicken är det lätt att tro att vi inte kan se saker mer än 14 miljarder ljusår bort.

Det är dock inte helt rätt. Eftersom universum expanderar, är de mest avlägsna synliga sakerna mycket längre bort än så. Faktum är att fotonerna i den kosmiska mikrovågsbakgrunden har rest 45 miljarder ljusår för att komma hit. Det gör det synliga universum cirka 90 miljarder ljusår i diameter.

Det är stort men universum är nästan säkert mycket större. Frågan än många kosmologer har funderat över är hur mycket större. Idag har vi ett svar tack vare en intressant statistisk analys av Mihran Vardanyan vid University of Oxford och ett par kompisar.

Uppenbarligen kan vi inte direkt mäta universums storlek men kosmologer har olika modeller som antyder hur stort det borde vara. Till exempel är en tankegång att om universum expanderade med ljusets hastighet under uppblåsning, så borde det vara 10^23 gånger större än det synliga universum.

Andra uppskattningar beror på ett antal faktorer och i synnerhet på universums krökning: om det är stängt, som en sfär, platt eller öppet. I de två senare fallen måste universum vara oändligt.

Om du kan mäta universums krökning kan du sedan sätta gränser för hur stor den måste vara.

Det visar sig att astronomer på senare år har olika geniala sätt att mäta universums krökning. En är att söka efter ett avlägset föremål av känd storlek och mäta hur stort det ser ut. Om det är större än det borde vara, är universum stängt; om det har rätt storlek är universum platt och om det är mindre är universum öppet.

Astronomer känner till en typ av föremål som passar räkningen: vågor i det tidiga universum som blev frusna i den kosmiska mikrovågsbakgrunden. De kan mäta storleken på dessa vågor, kallade baryoniska akustiska svängningar, med hjälp av rymdobservatorier som WMAP.

Det finns också andra indikatorer, som ljusstyrkan hos supernovor av typ 1A i avlägsna galaxer.

Men när kosmologer undersöker alla dessa data ger olika modeller av universum olika svar på frågan om dess krökning och storlek. Vilken ska man välja?

Genombrottet som Vardanyan och kompisar har gjort är att hitta ett sätt att på enklast möjliga sätt göra ett genomsnitt av resultaten av all data. Tekniken de använder kallas Bayesian model averaging och den är mycket mer sofistikerad än den vanliga kurvanpassning som forskare ofta använder för att förklara sina data.

En användbar analogi är med tidiga modeller av solsystemet. Med jorden i centrum av solsystemet blev det gradvis svårare och svårare att anpassa observationsdata till denna modell. Men astronomer hittade sätt att göra det genom att introducera allt mer komplexa system, hjul-in-hjul-modellen av solsystemet.

Vi vet nu att detta tillvägagångssätt var helt fel. En oro för kosmologer är att en liknande process pågår nu med modeller av universum.

Bayesiansk modellmedelvärde skyddar automatiskt mot detta. Istället för att fråga hur väl modellen passar data, ställer den en annan fråga: givet data, hur troligt är det att modellen är korrekt. Detta tillvägagångssätt är automatiskt partiskt mot komplexa modeller - det är en slags statistisk Occams rakhyvel.

Genom att tillämpa det på olika kosmologiska modeller av universum kan Vardanyan och co sätta viktiga begränsningar på universums krökning och storlek. Det visar sig faktiskt att deras begränsningar är mycket strängare än vad som är möjligt med andra tillvägagångssätt.

De säger att universums krökning är hårt begränsad runt 0. Med andra ord är den mest troliga modellen att universum är platt. Ett platt universum skulle också vara oändligt och deras beräkningar överensstämmer också med detta. Dessa visar att universum är minst 250 gånger större än Hubble-volymen. (Hubbles volym liknar storleken på det observerbara universum.)

Det är stort, men faktiskt mer begränsat än många andra modeller.

Och det faktum att det kommer från en så elegant statistisk metod innebär att detta arbete sannolikt kommer att ha en bred dragningskraft. Om så är fallet kan det mycket väl komma att användas för att finjustera och begränsa andra områden av kosmologin också.

Ref: arxiv.org/abs/1101.5476 : Tillämpningar av Bayesiansk modell i genomsnitt till universums krökning och storlek

Dölj