On the role and the implications of large-scale peculiar motions on the deceleration parameter of the universe
Authors: Καδιλτζόγλου Μιλτιάδης 
Published: January 2022

Κανένας ρεαλιστικός παρατηρητής δεν ακολουθεί την ομαλή διαστολή του σύμπαντος, την λεγόμενη «ροή Hubble», αλλά όλοι κινούμαστε ως προς αυτή. Ειδικότερα, ο Γαλαξίας μας και το τοπικό σμήνος γαλαξιών, κινούνται με ταχύτητα περίπου 600km/s. Επίσης, ένας μεγάλος αριθμός πρόσφατων ερευνών έχει επανειλημμένα επιβεβαιώσει την παρουσία ίδιων κινήσεων μεγάλης κλίμακας, τις επονομαζόμενες και «bulk flows». Παρόλα αυτά, οι ίδιες κινήσεις συνήθως παρακάμπτονται στις περισσότερες θεωρητικές κοσμολογικές μελέτες, ενώ στις ελάχιστες που συνυπολογίζονται η ανάλυση είναι σχεδόν αποκλειστικά Νευτώνεια. Επί πλέον, οι μελέτες γίνονται από τη σκοπιά του ιδεατού παρατηρητή, αυτού που ακολουθεί την ομαλή διαστολή Hubble, και όχι του πραγματικού που έχει μία σχετική ιδιοταχύτητα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι επιπτώσεις της ιδίας κίνησής του γαλαξία μας, ως προς την ομαλή διαστολή του σύμπαντος, να μην συνυπολογίζονται. Ωστόσο, είναι από καιρό γνωστό ότι φαινόμενα που συνδέονται με σχετική κίνηση επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο οι παρατηρητές ερμηνεύουν το περιβάλλον τους. Μάλιστα, η ιστορία της αστρονομίας είναι γεμάτη παραδείγματα όπου η σχετική κίνηση έχει οδηγήσει σε καταφανή παρερμηνεία της πραγματικότητας. Ο σκοπός της συγκεκριμένης διατριβής είναι να προσφέρει μία σχετικιστική μελέτη των ίδιων κινήσεων και να ερευνήσει τις επιπτώσεις τους στον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τη μέση κινηματική συμπεριφορά του σύμπαντος που μας περιβάλει και πιο συγκεκριμένα τον ρυθμό επιτάχυνσης/επιβράδυνσης αυτού. Ο τελευταίος προσδιορίζεται από την παράμετρο επιβράδυνσης, η οποία παραδοσιακά είναι θετική όταν το σύμπαν επιβραδύνεται και αρνητική όταν επιταχύνεται. Εισάγοντας ένα «κεκλιμένο» (tilted) κοσμολογικό μοντέλο, επιτρέπουμε δύο οικογένειες παρατηρητών. Η πρώτη ακολουθεί την ομαλή ροή Hubble, η οποία ορίζει και το σύστημα αναφοράς του σύμπαντος, ενώ η δεύτερη οικογένεια ζει σε έναν τυπικό γαλαξία, όπως ο δικός μας (Milky Way), και κινείται ως προς την πρώτη. Θεωρώντας ότι το σύμπαν περιγράφεται από ένα διαταραγμένο κοσμολογικό μοντέλο Friedmann και υποθέτοντας ύλη με μηδενική πίεση, την επονομαζόμενη «σκόνη», δείξαμε ότι η παράμετρος επιβράδυνσης που μετρούν οι δύο παραπάνω παρατηρητές μπορεί να παίρνει αισθητά διαφορετική τιμή στα συστήματα αναφοράς τους και ότι η διαφορά αυτή οφείλεται αποκλειστικά και μόνο στη σχετική τους κίνηση. Επιπλέον, κάνοντας χρήση σχετικιστικής θεωρίας γραμμικών κοσμολογικών διαταραχών, δείξαμε ότι παρατηρητές που βρίσκονται εντός μίας ελαφρά συστελλόμενης bulk flow ενδέχεται να προσδίδουν αρνητικές τιμές στην δική τους, την τοπικά μετρούμενη, παράμετρο επιβράδυνσης, ενώ το σύμπαν σαν σύνολο να επιβραδύνεται. Αν και το γεγονός αυτό είναι τοπικό και οφείλεται αποκλειστικά στην ιδία κίνηση του παρατηρητή, οι περιοχές που επηρεάζονται είναι συνήθως αρκετά μεγάλες (από μερικές εκατοντάδες Mpc έως αρκετές εκατοντάδες Mpc), ώστε να δημιουργείται η λανθασμένη εντύπωση ότι ολόκληρο το σύμπαν έχει πρόσφατα περάσει σε φάση επιταχυνόμενης διαστολής. Ενδείξεις για την ορθότητα του παραπάνω σεναρίου και της πιθανότητας η πρόσφατη επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος να αποτελεί μία ψευδαίσθηση και ένα δημιούργημα της ιδίας κίνησης του γαλαξία μας, θα πρέπει να αναζητηθούν στα παρατηρησιακά δεδομένα. Αυτά, εκτός των άλλων, πρέπει να εμπεριέχουν την χαρακτηριστική υπογραφή, το «σήμα κατατεθέν», των ιδίων κινήσεων, δηλαδή μία φαινομενική (τύπου Doppler) διπολική ανισοτροπία που θα οφείλεται στην κίνηση του παρατηρητή. Με άλλα λόγια, στα παρατηρησιακά δεδομένα, το σύμπαν θα πρέπει να φαίνεται ότι επιταχύνεται ταχύτερα προς μία κατεύθυνση της ουράνιας σφαίρας και εξίσου βραδύτερα προς την αντιδιαμετρική. Τα τελευταία δέκα χρόνια υπάρχουν αρκετές αναφορές στη βιβλιογραφία ότι ένας διπολικός άξονας, όπως αυτός που προαναφέρθηκε, μπορεί πράγματι να υπάρχει στα δεδομένα των σουπερνόβα. Με άλλα λόγια, το σύμπαν μας μπορεί πράγματι να φαίνεται πως επιταχύνεται πιο γρήγορα προς μία κατεύθυνση στον ουρανό και εξίσου πιο αργά κατά μήκος του αντίποδα.