مطالعه ابرنواختر نشان می‌دهد که انرژی تاریک ممکن است پیچیده‌تر از آن چیزی باشد که فکر می‌کردیم

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

جهان از چه چیزی ساخته شده است؟ این سوال صدها سال است که ستاره شناسان را به خود مشغول کرده است.

در ربع قرن گذشته، دانشمندان بر این باور بودند که مواد «عادی» مانند اتم‌ها و مولکول‌هایی که شما، من، زمین و تقریباً هر چیزی را که می‌توانیم ببینیم، تنها 5 درصد از کیهان را تشکیل می‌دهند. 25 درصد دیگر «ماده تاریک» است، ماده ناشناخته‌ای که ما نمی‌توانیم ببینیم، اما می‌توانیم آن را از طریق تأثیر آن بر ماده طبیعی از طریق گرانش تشخیص دهیم.

70 درصد باقیمانده کیهان از "انرژی تاریک" ساخته شده است. این انرژی که در سال 1998 کشف شد، شکل ناشناخته‌ای از انرژی است که تصور می‌شود جهان را با سرعت فزاینده‌ای منبسط می‌کند.

In یک مطالعه جدید، به زودی در مجله نجوم، من و همکارانم خواص انرژی تاریک را با جزئیات بیشتری نسبت به قبل اندازه گیری کرده ایم. نتایج ما نشان می‌دهد که ممکن است یک انرژی خلاء فرضی باشد که برای اولین بار توسط انیشتین پیشنهاد شد - یا ممکن است چیزی عجیب‌تر و پیچیده‌تر باشد که در طول زمان تغییر می‌کند.

انرژی تاریک چیست؟

زمانی که اینشتین بیش از یک قرن پیش نظریه نسبیت عام را توسعه داد، متوجه شد که معادلات او نشان می‌دهد که جهان یا باید در حال انبساط یا کوچک شدن باشد. این به نظر او اشتباه بود، بنابراین او یک "ثابت کیهانی" - نوعی انرژی ذاتی در فضای خالی - اضافه کرد تا نیروی گرانش را متعادل کند و جهان را ثابت نگه دارد.

بعدها، زمانی که کار هنریتا سوان لیویت و ادوین هابل نشان داد که جهان واقعاً در حال انبساط است، انیشتین ثابت کیهانی را کنار گذاشت و آن را "بزرگترین اشتباه" خود خواند.

با این حال، در سال 1998، دو تیم از محققان دریافتند که انبساط جهان در واقع در حال شتاب است. این بدان معناست که چیزی کاملاً شبیه به ثابت کیهانی انیشتین ممکن است وجود داشته باشد - چیزی که ما اکنون آن را انرژی تاریک می نامیم.

از آن اندازه‌گیری‌های اولیه، ما از ابرنواخترها و سایر کاوشگرها برای اندازه‌گیری ماهیت استفاده می‌کنیم انرژی تاریک. تا کنون، این نتایج نشان داده است که چگالی انرژی تاریک در جهان ثابت به نظر می رسد.

این بدان معناست که قدرت انرژی تاریک ثابت می ماند، حتی با رشد جهان - به نظر نمی رسد که با بزرگتر شدن جهان، باریکتر پخش شود. این را با عددی به نام اندازه گیری می کنیم w. ثابت کیهانی انیشتین در مجموعه اثر w به -1، و مشاهدات قبلی نشان داده است که این تقریباً درست است.

ستارگان در حال انفجار به عنوان چوب های اندازه گیری کیهانی

چگونه می توانیم آنچه را که در جهان هستی و با چه سرعتی در حال رشد است اندازه گیری کنیم؟ ما اندازه های نوار یا مقیاس های بزرگ نداریم، بنابراین در عوض از "شمع های استاندارد" استفاده می کنیم: اشیاء در فضا روشنایی آن را می دانیم

تصور کنید شب است و در جاده ای طولانی با چند تیر چراغ برق ایستاده اید. این قطب ها همه یک لامپ دارند، اما قطب های دورتر کم نورتر از قطب های نزدیک هستند.

یک ستاره کوچک که از یک ماده بسیار بزرگتر می‌چرخد. — در یک ابرنواختر نوع Ia، یک کوتوله سفید قبل از انفجار به آرامی جرم را از یک ستاره همسایه می کشد. اعتبار تصویر: ناسا / JPL-Caltech, CC BY

این به این دلیل است که نور متناسب با فاصله کم می شود. اگر قدرت لامپ را بدانیم و بتوانیم میزان روشنایی لامپ را اندازه گیری کنیم، می توانیم فاصله تا قطب نور را محاسبه کنیم.

برای ستاره شناسان، یک لامپ معمولی کیهانی نوعی ستاره در حال انفجار است که ابرنواختر نوع Ia نامیده می شود. اینها ستارگان کوتوله سفیدی هستند که اغلب ماده یک ستاره همسایه را می مکند و رشد می کنند تا زمانی که جرم آنها به 1.44 برابر خورشید ما برسد و در آن نقطه منفجر می شوند. با اندازه‌گیری سرعت محو شدن انفجار، می‌توانیم میزان روشنایی آن را تعیین کنیم و بنابراین چقدر از ما دور شده‌ایم.

بررسی انرژی تاریک

La بررسی انرژی تاریک بزرگترین تلاش برای اندازه گیری انرژی تاریک است. بیش از 400 دانشمند در سراسر قاره های مختلف برای نزدیک به یک دهه با هم کار کرده اند تا به طور مکرر بخش هایی از آسمان جنوبی را رصد کنند.

مشاهدات مکرر به ما اجازه می دهد تا به دنبال تغییرات باشیم، مانند ستاره های در حال انفجار جدید. هرچه بیشتر مشاهده کنید، بهتر می توانید این تغییرات را اندازه گیری کنید، و هر چه منطقه بزرگتر را جستجو کنید، ابرنواخترهای بیشتری را می توانید پیدا کنید.

عکسی از ساختمان رصدخانه با نور قرمز با آسمان پر ستاره در پس زمینه. — تلسکوپ 4 متری رصدخانه بین آمریکایی Cerro Tololo که توسط Dark Energy Survey مورد استفاده قرار گرفت. اعتبار تصویر: رایدار هان / فرمیلاب, CC BY

اولین نتایج نشان می دهد که وجود انرژی تاریک تنها از چند دوجین ابرنواختر استفاده می کند. آخرین نتایج حاصل از بررسی انرژی تاریک از حدود 1,500 ستاره در حال انفجار استفاده می کند که دقت بسیار بیشتری را ارائه می دهد.

این بررسی با استفاده از یک دوربین مخصوص ساخته شده روی تلسکوپ 4 متری بلانکو در رصدخانه بین آمریکایی Cerro-Tololo در شیلی، هزاران ابرنواختر از انواع مختلف را پیدا کرد. برای اینکه بفهمیم کدام یک از آنها نوع Ia هستند (نوعی که برای اندازه گیری فواصل به آن نیاز داریم)، از تلسکوپ ۴ متری آنگلو استرالیا در رصدخانه سایدینگ اسپرینگ در نیو ساوت ولز استفاده کردیم.

تلسکوپ انگلو استرالیا اندازه گیری هایی انجام داد که رنگ های نور ابرنواخترها را شکست. این به ما امکان می دهد "اثر انگشت" از عناصر منفرد در انفجار را ببینیم.

ابرنواخترهای نوع Ia دارای برخی ویژگی های منحصر به فرد هستند، مانند عدم وجود هیدروژن و سیلیکون. و با وجود تعداد کافی ابرنواختر، یادگیری ماشینی به ما اجازه داد هزاران ابرنواختر را به طور موثر طبقه بندی کنیم.

پیچیده تر از ثابت کیهانی

سرانجام، پس از بیش از یک دهه کار و مطالعه حدود 1,500 ابرنواختر نوع Ia، بررسی انرژی تاریک بهترین اندازه گیری جدید را ارائه کرده است. w. ما پیدا کردیم w = -0.80 ± 0.18، بنابراین جایی بین -0.62 و -0.98 است.

این یک نتیجه بسیار جالب است. نزدیک به -1 است، اما دقیقاً در آنجا نیست. برای اینکه ثابت کیهانی یا انرژی فضای خالی باشد، باید دقیقاً -1 باشد.

این ما را کجا رها می کند؟ با این ایده که ممکن است به مدل پیچیده تری از انرژی تاریک نیاز باشد، شاید مدلی که در آن این انرژی اسرارآمیز در طول زندگی جهان تغییر کرده باشد.

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

اعتبار تصویر: بقایای یک ابرنواختر نوع Ia - نوعی ستاره در حال انفجار که برای اندازه گیری فواصل در کیهان استفاده می شود. ناسا / CXC / U.Texas, CC BY