Μελέτη Supernova δείχνει ότι η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να είναι πιο περίπλοκη από όσο πιστεύαμε

Μελέτη Supernova δείχνει ότι η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να είναι πιο περίπλοκη από όσο πιστεύαμε

Χρονική σήμανση: 12 Ιανουαρίου 2024 10:00 π.μ.

Από τι αποτελείται το σύμπαν; Αυτό το ερώτημα έχει οδηγήσει τους αστρονόμους για εκατοντάδες χρόνια.

Το τελευταίο τέταρτο του αιώνα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι «κανονικά» πράγματα όπως άτομα και μόρια που αποτελούν εσάς, εμένα, τη Γη και σχεδόν όλα όσα μπορούμε να δούμε αντιπροσωπεύουν μόνο το 5 τοις εκατό του σύμπαντος. Ένα άλλο 25 τοις εκατό είναι «σκοτεινή ύλη», μια άγνωστη ουσία που δεν μπορούμε να δούμε αλλά την οποία μπορούμε να ανιχνεύσουμε μέσω του τρόπου με τον οποίο επηρεάζει την κανονική ύλη μέσω της βαρύτητας.

Το υπόλοιπο 70 τοις εκατό του σύμπαντος αποτελείται από «σκοτεινή ενέργεια». Ανακαλύφθηκε το 1998, αυτή είναι μια άγνωστη μορφή ενέργειας που πιστεύεται ότι κάνει το σύμπαν να διαστέλλεται με διαρκώς αυξανόμενο ρυθμό.

In μια νέα μελέτη, σύντομα θα δημοσιευθεί στο Αστρονομική Εφημερίδα, οι συνάδελφοί μου και εγώ έχουμε μετρήσει τις ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας με περισσότερες λεπτομέρειες από ποτέ. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι μπορεί να είναι μια υποθετική ενέργεια κενού που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Αϊνστάιν — ή μπορεί να είναι κάτι πιο παράξενο και πιο περίπλοκο που αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.

Τι είναι η Σκοτεινή Ενέργεια;

Όταν ο Αϊνστάιν ανέπτυξε τη γενική θεωρία της σχετικότητας πριν από έναν αιώνα, συνειδητοποίησε ότι οι εξισώσεις του έδειχναν ότι το σύμπαν θα έπρεπε είτε να διαστέλλεται είτε να συρρικνώνεται. Αυτό του φαινόταν λάθος, έτσι πρόσθεσε μια «κοσμολογική σταθερά»—ένα είδος ενέργειας εγγενούς στον κενό χώρο—για να εξισορροπήσει τη δύναμη της βαρύτητας και να διατηρήσει το σύμπαν στατικό.

Αργότερα, όταν το έργο της Henrietta Swan Leavitt και του Edwin Hubble έδειξε ότι το σύμπαν όντως διαστέλλεται, ο Αϊνστάιν διέλυσε την κοσμολογική σταθερά, αποκαλώντας την «το μεγαλύτερο λάθος του».

Ωστόσο, το 1998, δύο ομάδες ερευνητών ανακάλυψαν ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνθηκε στην πραγματικότητα. Αυτό σημαίνει ότι κάτι παρόμοιο με την κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν μπορεί τελικά να υπάρχει – κάτι που τώρα ονομάζουμε σκοτεινή ενέργεια.

Από αυτές τις αρχικές μετρήσεις, χρησιμοποιούμε σουπερνόβα και άλλους ανιχνευτές για να μετρήσουμε τη φύση τους σκοτεινή ενέργεια. Μέχρι τώρα, αυτά τα αποτελέσματα έδειχναν ότι η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν φαίνεται να είναι σταθερή.

Αυτό σημαίνει ότι η δύναμη της σκοτεινής ενέργειας παραμένει η ίδια, ακόμη και όταν το σύμπαν μεγαλώνει - δεν φαίνεται να απλώνεται πιο αραιά καθώς το σύμπαν μεγαλώνει. Το μετράμε με έναν αριθμό που ονομάζεται w. Η κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν σε ισχύ σύνολο w έως –1, και προηγούμενες παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι αυτό ήταν περίπου σωστό.

Εκρηκτικά αστέρια ως κοσμικά ραβδιά μέτρησης

Πώς μετράμε τι υπάρχει στο σύμπαν και πόσο γρήγορα αναπτύσσεται; Δεν έχουμε τεράστιες μεζούρες ή γιγάντιες ζυγαριές, γι' αυτό χρησιμοποιούμε "τυποποιημένα κεριά": αντικείμενα σε χώρος του οποίου τη φωτεινότητα γνωρίζουμε.

Φανταστείτε ότι είναι νύχτα και στέκεστε σε έναν μακρύ δρόμο με μερικούς στύλους φωτισμού. Αυτοί οι πόλοι έχουν όλοι τον ίδιο λαμπτήρα, αλλά οι πόλοι πιο μακριά είναι πιο αμυδροί από τους κοντινούς.

Ένα μικρό αστρικό υλικό από ένα πολύ μεγαλύτερο.
Σε έναν σουπερνόβα τύπου Ia, ένας λευκός νάνος τραβά αργά μάζα από ένα γειτονικό αστέρι πριν εκραγεί. Πίστωση εικόνας: NASA / JPL-Caltech, CC BY

Αυτό συμβαίνει επειδή το φως εξασθενεί ανάλογα με την απόσταση. Εάν γνωρίζουμε την ισχύ του λαμπτήρα και μπορούμε να μετρήσουμε πόσο φωτεινός φαίνεται να είναι ο λαμπτήρας, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση από τον πόλο φωτός.

Για τους αστρονόμους, ένας κοινός κοσμικός λαμπτήρας είναι ένα είδος αστέρα που εκρήγνυται που ονομάζεται σουπερνόβα τύπου Ia. Πρόκειται για λευκούς νάνους αστέρες που συχνά απορροφούν ύλη από ένα γειτονικό αστέρι και μεγαλώνουν μέχρι να φτάσουν τη μάζα 1.44 φορές τη μάζα του ήλιου μας, οπότε και εκρήγνυνται. Μετρώντας πόσο γρήγορα εξασθενεί η έκρηξη, μπορούμε να προσδιορίσουμε πόσο φωτεινή ήταν και επομένως πόσο μακριά από εμάς.

The Dark Energy Survey

Η Έρευνα για τη σκοτεινή ενέργεια είναι η μεγαλύτερη προσπάθεια μέτρησης της σκοτεινής ενέργειας. Περισσότεροι από 400 επιστήμονες σε πολλές ηπείρους εργάζονται μαζί για σχεδόν μια δεκαετία για να παρατηρήσουν επανειλημμένα μέρη του νότιου ουρανού.

Οι επαναλαμβανόμενες παρατηρήσεις μας επιτρέπουν να αναζητήσουμε αλλαγές, σαν νέα αστέρια που εκρήγνυνται. Όσο πιο συχνά παρατηρείτε, τόσο καλύτερα μπορείτε να μετρήσετε αυτές τις αλλαγές και όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή που αναζητάτε, τόσο περισσότερους σουπερνόβα μπορείτε να βρείτε.

Μια φωτογραφία ενός κτιρίου παρατηρητηρίου με κόκκινο φωτισμό με φόντο τον έναστρο ουρανό.
Το τηλεσκόπιο 4 μέτρων διαμερικανικό παρατηρητήριο Cerro Tololo που χρησιμοποιήθηκε από το Dark Energy Survey. Πίστωση εικόνας: Reidar Hahn / Fermilab, CC BY

Τα πρώτα αποτελέσματα που υποδεικνύουν την ύπαρξη σκοτεινής ενέργειας χρησιμοποίησαν μόνο μερικές δεκάδες σουπερνόβα. Τα τελευταία αποτελέσματα από το Dark Energy Survey χρησιμοποιούν περίπου 1,500 αστέρια που εκρήγνυνται, δίνοντας πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια.

Χρησιμοποιώντας μια ειδικά κατασκευασμένη κάμερα εγκατεστημένη στο τηλεσκόπιο Blanco 4 μέτρων στο Διαμερικανικό Παρατηρητήριο Cerro-Tololo στη Χιλή, η έρευνα βρήκε χιλιάδες σουπερνόβα διαφορετικών τύπων. Για να καταλάβουμε ποια ήταν τύπου Ia (το είδος που χρειαζόμαστε για τη μέτρηση αποστάσεων), χρησιμοποιήσαμε το 4μετρο Αγγλοαυστραλιανό Τηλεσκόπιο στο Παρατηρητήριο Siding Spring στη Νέα Νότια Ουαλία.

Το Αγγλοαυστραλιανό Τηλεσκόπιο πήρε μετρήσεις που διέλυσαν τα χρώματα του φωτός από τις σουπερνόβα. Αυτό μας επιτρέπει να δούμε ένα «δακτυλικό αποτύπωμα» των μεμονωμένων στοιχείων στην έκρηξη.

Οι σουπερνόβα τύπου Ia έχουν μερικά μοναδικά χαρακτηριστικά, όπως ότι δεν περιέχουν υδρογόνο και πυρίτιο. Και με αρκετά σουπερνόβα, η μηχανική μάθηση μας επέτρεψε να ταξινομήσουμε αποτελεσματικά χιλιάδες σουπερνόβα.

Πιο περίπλοκο από την κοσμολογική σταθερά

Τέλος, μετά από πάνω από μια δεκαετία εργασίας και μελέτης περίπου 1,500 σουπερνόβα τύπου Ia, το Dark Energy Survey δημιούργησε μια νέα καλύτερη μέτρηση w. Βρήκαμε w = –0.80 ± 0.18, άρα είναι κάπου μεταξύ –0.62 και –0.98.

Αυτό είναι ένα πολύ ενδιαφέρον αποτέλεσμα. Είναι κοντά στο –1, αλλά όχι ακριβώς εκεί. Για να είναι η κοσμολογική σταθερά, ή η ενέργεια του κενού χώρου, θα πρέπει να είναι ακριβώς –1.

Πού μας αφήνει αυτό; Με την ιδέα ότι μπορεί να χρειαστεί ένα πιο περίπλοκο μοντέλο σκοτεινής ενέργειας, ίσως ένα στο οποίο αυτή η μυστηριώδης ενέργεια έχει αλλάξει κατά τη διάρκεια της ζωής του σύμπαντος.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Πίστωση εικόνας: Τα υπολείμματα ενός σουπερνόβα τύπου Ia—ένα είδος αστέρα που εκρήγνυται που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση αποστάσεων στο σύμπαν. NASA / CXC / U.Texas, CC BY

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κέντρο μοναδικότητας