Supernova-undersøgelse viser, at mørk energi kan være mere kompliceret, end vi troede

Supernova-undersøgelse viser, at mørk energi kan være mere kompliceret, end vi troede

Tidsstempel: 12. januar 2024 kl. 10

Hvad er universet lavet af? Dette spørgsmål har drevet astronomer i hundreder af år.

I det sidste kvarte århundrede har videnskabsmænd troet på "normale" ting som atomer og molekyler, der udgør dig, mig, Jorden, og næsten alt, hvad vi kan se, kun udgør 5 procent af universet. Yderligere 25 procent er "mørkt stof", et ukendt stof, vi ikke kan se, men som vi kan opdage gennem, hvordan det påvirker normalt stof via tyngdekraften.

De resterende 70 procent af kosmos er lavet af "mørk energi." Opdaget i 1998 er dette en ukendt form for energi, der menes at få universet til at udvide sig med en stadigt stigende hastighed.

In en ny undersøgelse, snart offentliggjort i Astronomisk Journal, har mine kolleger og jeg målt egenskaberne ved mørk energi mere detaljeret end nogensinde før. Vores resultater viser, at det kan være en hypotetisk vakuumenergi først foreslået af Einstein - eller det kan være noget mærkeligere og mere kompliceret, der ændrer sig over tid.

Hvad er mørk energi?

Da Einstein udviklede den generelle relativitetsteori for over et århundrede siden, indså han, at hans ligninger viste, at universet enten skulle udvide sig eller krympe. Dette virkede forkert for ham, så han tilføjede en "kosmologisk konstant" - en slags energi, der er iboende i det tomme rum - for at afbalancere tyngdekraften og holde universet statisk.

Senere, da Henrietta Swan Leavitts og Edwin Hubbles arbejde viste, at universet faktisk udvidede sig, gjorde Einstein op med den kosmologiske konstant og kaldte den sin "største fejltagelse."

Men i 1998 fandt to hold af forskere ud af, at universets udvidelse faktisk accelererede. Dette indebærer, at noget, der ligner Einsteins kosmologiske konstant, trods alt kan eksistere - noget, vi nu kalder mørk energi.

Siden disse indledende målinger har vi brugt supernovaer og andre sonder til at måle arten af mørk energi. Indtil nu har disse resultater vist, at tætheden af ​​mørk energi i universet ser ud til at være konstant.

Dette betyder, at styrken af ​​mørk energi forbliver den samme, selv når universet vokser - det ser ikke ud til at blive spredt mere tyndt, efterhånden som universet bliver større. Vi måler dette med et tal kaldet w. Einsteins kosmologiske konstant i effektsæt w til -1, og tidligere observationer har antydet, at dette var nogenlunde rigtigt.

Eksploderende stjerner som kosmiske målestokke

Hvordan måler vi, hvad der er i universet, og hvor hurtigt vokser det? Vi har ikke enorme målebånd eller gigantiske vægte, så i stedet bruger vi "standardlys": genstande i plads hvis lysstyrke vi kender.

Forestil dig, at det er nat, og du står på en lang vej med et par lysmaster. Disse pæle har alle den samme pære, men pælene længere væk er svagere end de nærliggende.

Et lille stjerneslurpmateriale fra et meget større.
I en Type Ia supernova trækker en hvid dværg langsomt masse fra en nabostjerne, før den eksploderer. Billedkredit: NASA/JPL-Caltech, CC BY

Dette skyldes, at lyset falmer proportionalt med afstanden. Hvis vi kender pærens effekt og kan måle, hvor lys pæren ser ud til at være, kan vi beregne afstanden til lyspælen.

For astronomer er en almindelig kosmisk pære en slags eksploderende stjerne kaldet en Type Ia supernova. Det er hvide dværgstjerner, som ofte suger stof ind fra en nabostjerne og vokser, indtil de når 1.44 gange vores sols masse, hvorefter de eksploderer. Ved at måle, hvor hurtigt eksplosionen falmer, kan vi bestemme, hvor lyst det var og dermed hvor langt væk fra os.

Mørk energiundersøgelsen

Mørk energiundersøgelse er den hidtil største indsats for at måle mørk energi. Mere end 400 videnskabsmænd på tværs af flere kontinenter har arbejdet sammen i næsten et årti for gentagne gange at observere dele af den sydlige himmel.

Gentagne observationer lader os lede efter ændringer, som nye eksploderende stjerner. Jo oftere du observerer, jo bedre kan du måle disse ændringer, og jo større område du søger, jo flere supernovaer kan du finde.

Et foto af en rødt oplyst observatoriebygning med stjernehimlen i baggrunden.
Cerro Tololo Inter-American Observatory 4-meter teleskop, som blev brugt af Dark Energy Survey. Billedkredit: Reidar Hahn / Fermilab, CC BY

De første resultater, der indikerer eksistensen af ​​mørk energi, brugte kun et par dusin supernovaer. De seneste resultater fra Dark Energy Survey bruger omkring 1,500 eksploderende stjerner, hvilket giver meget større præcision.

Ved at bruge et specialbygget kamera installeret på det 4 meter lange Blanco-teleskop ved Cerro-Tololo Inter-American Observatory i Chile, fandt undersøgelsen tusindvis af supernovaer af forskellige typer. For at finde ud af, hvilke der var Type Ia (den slags, vi har brug for til at måle afstande), brugte vi det 4 meter lange Anglo Australian Telescope ved Siding Spring Observatory i New South Wales.

Anglo Australian Telescope tog målinger, som opbrød lysfarverne fra supernovaerne. Dette lader os se et "fingeraftryk" af de enkelte elementer i eksplosionen.

Type Ia supernovaer har nogle unikke egenskaber, såsom at de ikke indeholder brint og silicium. Og med nok supernovaer tillod maskinlæring os at klassificere tusindvis af supernovaer effektivt.

Mere kompliceret end den kosmologiske konstant

Endelig, efter mere end et årti med arbejde og studier af omkring 1,500 Type Ia supernovaer, har Dark Energy Survey produceret en ny bedste måling af w. Vi fandt w = -0.80 ± 0.18, så det er et sted mellem -0.62 og -0.98.

Dette er et meget interessant resultat. Den er tæt på –1, men ikke helt præcis der. For at være den kosmologiske konstant, eller det tomme rums energi, skal den være nøjagtig -1.

Hvor efterlader dette os? Med ideen om, at en mere kompleks model af mørk energi kan være nødvendig, måske en, hvor denne mystiske energi har ændret sig i løbet af universets liv.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Billedkredit: Resterne af en Type Ia-supernova - en slags eksploderende stjerne, der bruges til at måle afstande i universet. NASA / CXC / U.Texas, CC BY

Tidsstempel:

Mere fra Singularitet Hub