Supernova-studie viser at mørk energi kan være mer komplisert enn vi trodde

Hva er universet laget av? Dette spørsmålet har drevet astronomer i hundrevis av år.

I det siste kvart århundre har forskere trodd på "normale" ting som atomer og molekyler som utgjør deg, meg, jorden, og nesten alt vi kan se utgjør bare 5 prosent av universet. Ytterligere 25 prosent er "mørk materie", et ukjent stoff vi ikke kan se, men som vi kan oppdage gjennom hvordan det påvirker normal materie via tyngdekraften.

De resterende 70 prosentene av kosmos er laget av "mørk energi." Oppdaget i 1998, er dette en ukjent form for energi som antas å få universet til å utvide seg i en stadig økende hastighet.

In en ny studie, snart publisert i Astronomisk tidsskrift, mine kolleger og jeg har målt egenskapene til mørk energi mer detaljert enn noen gang før. Resultatene våre viser at det kan være en hypotetisk vakuumenergi først foreslått av Einstein - eller det kan være noe fremmed og mer komplisert som endres over tid.

Hva er mørk energi?

Da Einstein utviklet den generelle relativitetsteorien for over et århundre siden, innså han at ligningene hans viste at universet enten skulle utvide seg eller krympe. Dette virket feil for ham, så han la til en "kosmologisk konstant" - en slags energi som er iboende i det tomme rom - for å balansere tyngdekraften og holde universet statisk.

Senere, da arbeidet til Henrietta Swan Leavitt og Edwin Hubble viste at universet virkelig utvidet seg, gjorde Einstein unna med den kosmologiske konstanten og kalte den sin "største feil".

Imidlertid fant to team av forskere i 1998 at utvidelsen av universet faktisk akselererte. Dette innebærer at noe ganske likt Einsteins kosmologiske konstant kan eksistere tross alt - noe vi nå kaller mørk energi.

Siden de første målingene har vi brukt supernovaer og andre sonder for å måle naturen til mørk energi. Til nå har disse resultatene vist at tettheten av mørk energi i universet ser ut til å være konstant.

Dette betyr at styrken til mørk energi forblir den samme, selv når universet vokser – det ser ikke ut til å spres tynnere når universet blir større. Vi måler dette med et tall kalt w. Einsteins kosmologiske konstant i effekt satt w til –1, og tidligere observasjoner har antydet at dette var omtrent riktig.

Eksploderende stjerner som kosmiske målestokker

Hvordan måler vi hva som er i universet og hvor raskt det vokser? Vi har ikke enorme målebånd eller gigantiske vekter, så i stedet bruker vi "standard stearinlys": gjenstander i plass hvis lysstyrke vi kjenner.

Tenk deg at det er natt, og du står på en lang vei med noen lysstolper. Disse stolpene har alle den samme lyspæren, men stolpene lenger unna er svakere enn de nærliggende.

Dette er fordi lyset blekner proporsjonalt med avstanden. Hvis vi kjenner kraften til pæren og kan måle hvor lys pæren ser ut til å være, kan vi beregne avstanden til lyspolen.

For astronomer er en vanlig kosmisk lyspære en slags eksploderende stjerne kalt en Type Ia-supernova. Dette er hvite dvergstjerner som ofte suger inn materie fra en nabostjerne og vokser til de når 1.44 ganger massen til solen vår, og da eksploderer de. Ved å måle hvor raskt eksplosjonen blekner, kan vi bestemme hvor lyst det var og dermed hvor langt unna oss.

The Dark Energy Survey

De Mørk energiundersøkelse er den største innsatsen ennå for å måle mørk energi. Mer enn 400 forskere på tvers av flere kontinenter har jobbet sammen i nesten et tiår for å observere deler av den sørlige himmelen gjentatte ganger.

Gjentatte observasjoner lar oss se etter endringer, som nye eksploderende stjerner. Jo oftere du observerer, jo bedre kan du måle disse endringene, og jo større området du søker, jo flere supernovaer kan du finne.

De første resultatene som indikerer eksistensen av mørk energi brukte bare et par dusin supernovaer. De siste resultatene fra Dark Energy Survey bruker rundt 1,500 eksploderende stjerner, noe som gir mye større presisjon.

Ved å bruke et spesialbygd kamera installert på det 4 meter lange Blanco-teleskopet ved Cerro-Tololo Inter-American Observatory i Chile, fant undersøkelsen tusenvis av supernovaer av forskjellige typer. For å finne ut hvilke som var Type Ia (den typen vi trenger for å måle avstander), brukte vi det 4 meter lange Anglo Australian Telescope ved Siding Spring Observatory i New South Wales.

Anglo Australian Telescope tok målinger som brøt opp lysfargene fra supernovaene. Dette lar oss se et "fingeravtrykk" av de enkelte elementene i eksplosjonen.

Type Ia supernovaer har noen unike egenskaper, som at de ikke inneholder hydrogen og silisium. Og med nok supernovaer tillot maskinlæring oss å klassifisere tusenvis av supernovaer effektivt.

Mer komplisert enn den kosmologiske konstanten

Til slutt, etter mer enn et tiår med arbeid og studier av rundt 1,500 Type Ia supernovaer, har Dark Energy Survey produsert en ny beste måling av w. Vi fant w = –0.80 ± 0.18, så det er et sted mellom –0.62 og –0.98.

Dette er et veldig interessant resultat. Den er nær –1, men ikke helt akkurat der. For å være den kosmologiske konstanten, eller energien til det tomme rommet, må den være nøyaktig –1.

Hvor etterlater dette oss? Med ideen om at en mer kompleks modell av mørk energi kan være nødvendig, kanskje en der denne mystiske energien har endret seg gjennom universets liv.

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bildekreditt: Restene av en Type Ia-supernova - en slags eksploderende stjerne som brukes til å måle avstander i universet. NASA / CXC / U.Texas, CC BY

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://singularityhub.com/2024/01/12/supernova-study-shows-dark-energy-may-be-more-complicated-than-we-thought/