A szupernóva-tanulmány azt mutatja, hogy a sötét energia bonyolultabb lehet, mint gondoltuk

Miből áll az univerzum? Ez a kérdés több száz éve foglalkoztatja a csillagászokat.

Az elmúlt negyedszázadban a tudósok úgy gondolták, hogy olyan „normális” dolgok, mint az atomok és molekulák, amelyek alkotnak téged, én, a Földet, és szinte minden, amit látunk, csak az univerzum 5 százalékát teszi ki. További 25 százalék a „sötét anyag”, egy ismeretlen anyag, amelyet nem látunk, de észlelhetünk azon keresztül, hogy a gravitáció révén hogyan hat a normál anyagra.

A kozmosz fennmaradó 70 százaléka „sötét energiából” áll. 1998-ban fedezték fel, ez az energia egy ismeretlen formája, amelyről úgy tartják, hogy az univerzum egyre gyorsabban tágul.

In egy új tanulmány, hamarosan megjelenik a Asztronómiai folyóirat, kollégáimmal minden eddiginél részletesebben mértük meg a sötét energia tulajdonságait. Eredményeink azt mutatják, hogy ez egy hipotetikus vákuumenergia, amelyet először Einstein javasolt, vagy valami furcsább és bonyolultabb, ami idővel változik.

Mi az a Sötét Energia?

Amikor Einstein több mint egy évszázaddal ezelőtt kidolgozta az általános relativitáselméletet, rájött, hogy egyenletei azt mutatják, hogy az univerzumnak vagy tágulnia, vagy zsugorodnia kell. Ez helytelennek tűnt számára, ezért hozzáadott egy „kozmológiai állandót” – egyfajta energiát, ami az üres térben rejlik –, hogy kiegyenlítse a gravitációs erőt és statikusan tartsa az univerzumot.

Később, amikor Henrietta Swan Leavitt és Edwin Hubble munkája megmutatta, hogy az univerzum valóban tágul, Einstein felszámolta a kozmológiai állandót, és ezt a „legnagyobb hibájának” nevezte.

1998-ban azonban két kutatócsoport úgy találta, hogy az univerzum tágulása valójában felgyorsul. Ez azt jelenti, hogy valami egészen hasonló Einstein kozmológiai állandójához létezhet – amit ma sötét energiának nevezünk.

A kezdeti mérések óta szupernóvákat és más szondákat használunk a természet mérésére sötét energiát. Eddig ezek az eredmények azt mutatták, hogy a sötét energia sűrűsége az univerzumban állandónak tűnik.

Ez azt jelenti, hogy a sötét energia ereje változatlan marad, még akkor is, amikor az univerzum növekszik – úgy tűnik, hogy nem oszlik el vékonyabban, ahogy az univerzum egyre nagyobb lesz. Ezt egy ún. számmal mérjük w. Einstein kozmológiai állandó effektív halmaza w –1-re, és a korábbi megfigyelések szerint ez nagyjából helyes volt.

Felrobbanó csillagok, mint kozmikus mérőpálca

Hogyan mérjük meg, hogy mi van az univerzumban, és milyen gyorsan növekszik? Nincsenek hatalmas mérőszalagjaink vagy óriási mérlegeink, ezért ehelyett „standard gyertyákat” használunk: tárgyakat hely amelynek fényességét ismerjük.

Képzeld el, hogy éjszaka van, és egy hosszú úton állsz néhány villanyoszloppal. Ezeken az oszlopokon ugyanaz az izzó van, de a távolabbi oszlopok halványabbak, mint a közeliek.

Ennek az az oka, hogy a fény a távolsággal arányosan halványul. Ha ismerjük az izzó teljesítményét, és meg tudjuk mérni, hogy milyen fényesnek tűnik az izzó, akkor kiszámíthatjuk a villanyoszlop távolságát.

A csillagászok számára a közönséges kozmikus villanykörte egyfajta felrobbanó csillag, az úgynevezett Ia típusú szupernóva. Ezek fehér törpecsillagok, amelyek gyakran magukba szívják a szomszédos csillagok anyagát, és addig nőnek, amíg el nem érik Napunk tömegének 1.44-szeresét, és ekkor felrobbannak. Ha megmérjük, milyen gyorsan halványul el a robbanás, meg tudjuk határozni, hogy mennyire volt fényes, és így milyen messze van tőlünk.

The Dark Energy Survey

A Dark Energy Survey az eddigi legnagyobb erőfeszítés a sötét energia mérésére. Több kontinens több mint 400 tudósa dolgozik együtt közel egy évtizede, hogy ismételten megfigyeljék a déli égbolt egyes részeit.

Az ismételt megfigyelések lehetővé teszik, hogy változásokat keressünk, például új felrobbanó csillagokat. Minél gyakrabban figyeli meg, annál jobban tudja mérni ezeket a változásokat, és minél nagyobb területen keres, annál több szupernóvát találhat.

A sötét energia létezésére utaló első eredmények mindössze néhány tucat szupernóvát használtak. A Dark Energy Survey legújabb eredményei körülbelül 1,500 felrobbanó csillagot használnak, ami sokkal nagyobb pontosságot biztosít.

A chilei Cerro-Tololo Inter-American Obszervatórium 4 méteres Blanco távcsövére szerelt, speciálisan felépített kamera segítségével a felmérés több ezer különböző típusú szupernóvát talált. Annak meghatározására, hogy melyek az Ia típusúak (amelyek a távolságok méréséhez szükségesek), az új-dél-walesi Siding Spring Obszervatórium 4 méteres Anglo Australian Telescope-ját használtuk.

Az Anglo Australian Telescope olyan méréseket végzett, amelyek megtörték a szupernóvák fényének színeit. Így láthatjuk a robbanás egyes elemeinek „ujjlenyomatát”.

Az Ia típusú szupernóvák egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, például nem tartalmaznak hidrogént és szilíciumot. És elegendő szupernóva esetén a gépi tanulás lehetővé tette, hogy szupernóvák ezreit hatékonyan osztályozzuk.

Bonyolultabb, mint a kozmológiai állandó

Végül, több mint egy évtizednyi munka és körülbelül 1,500 Ia típusú szupernóva tanulmányozása után a Dark Energy Survey új, legjobb mérési eredményt hozott. w. Megtaláltuk w = –0.80 ± 0.18, tehát valahol –0.62 és –0.98 között van.

Ez egy nagyon érdekes eredmény. Közel van a –1-hez, de nem egészen ott. Ahhoz, hogy ez legyen a kozmológiai állandó, vagy az üres tér energiája, pontosan –1-nek kell lennie.

Hol hagy ez minket? Azzal a gondolattal, hogy a sötét energia összetettebb modelljére lehet szükség, talán olyanra, amelyben ez a titokzatos energia megváltozott az univerzum élete során.

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

A kép forrása: Egy Ia típusú szupernóva maradványai – egyfajta felrobbanó csillag, amelyet a világegyetemi távolságok mérésére használnak. NASA/CXC/U.Texas, CC BY

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2024/01/12/supernova-study-shows-dark-energy-may-be-more-complicated-than-we-thought/