Badanie supernowych pokazuje, że ciemna energia może być bardziej skomplikowana, niż nam się wydawało

Z czego zbudowany jest wszechświat? To pytanie nurtuje astronomów od setek lat.

Przez ostatnie ćwierć wieku naukowcy wierzyli w „normalne” rzeczy, takie jak atomy i cząsteczki, z których składa się ty, ja, Ziemia i prawie wszystko, co widzimy, stanowi zaledwie 5 procent wszechświata. Kolejne 25 procent to „ciemna materia” – nieznana substancja, której nie widzimy, ale którą możemy wykryć na podstawie jej wpływu grawitacyjnego na normalną materię.

Pozostałe 70 procent kosmosu składa się z „ciemnej energii”. Jest to nieznana forma energii, odkryta w 1998 roku. Uważa się, że powoduje ona rozszerzanie się Wszechświata w coraz szybszym tempie.

In nowe badanie, który wkrótce ukaże się w Astronomical Journalwraz z kolegami zmierzyliśmy właściwości ciemnej energii bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej. Nasze wyniki pokazują, że może to być hipotetyczna energia próżni zaproponowana po raz pierwszy przez Einsteina, ale może to być coś dziwniejszego i bardziej skomplikowanego, co zmienia się w czasie.

Czym jest ciemna energia?

Kiedy ponad sto lat temu Einstein opracował ogólną teorię względności, zdał sobie sprawę, że jego równania wykazały, że wszechświat powinien albo się rozszerzać, albo kurczyć. Wydawało mu się to niewłaściwe, więc dodał „stała kosmologiczną” – rodzaj energii właściwej pustej przestrzeni – aby zrównoważyć siłę grawitacji i utrzymać statykę wszechświata.

Później, gdy prace Henrietty Swan Leavitt i Edwina Hubble’a wykazały, że wszechświat rzeczywiście się rozszerza, Einstein zrezygnował ze stałej kosmologicznej, nazywając ją „największym błędem”.

Jednak w 1998 roku dwa zespoły badaczy odkryły, że ekspansja Wszechświata w rzeczywistości przyspiesza. Oznacza to, że w końcu może istnieć coś bardzo podobnego do stałej kosmologicznej Einsteina – coś, co obecnie nazywamy ciemną energią.

Od czasu tych pierwszych pomiarów używamy supernowych i innych sond do pomiaru natury ciemna energia. Jak dotąd wyniki te wykazały, że gęstość ciemnej energii we wszechświecie wydaje się być stała.

Oznacza to, że siła ciemnej energii pozostaje taka sama, nawet gdy wszechświat się rozrasta – nie wydaje się, że rozprzestrzenia się ona węższy wraz ze wzrostem wszechświata. Mierzymy to liczbą tzw w. Stała kosmologiczna Einsteina w zestawie efektów w do –1, a wcześniejsze obserwacje sugerowały, że jest to w przybliżeniu prawidłowe.

Eksplodujące gwiazdy jako kosmiczne miarki

Jak zmierzyć, co jest we wszechświecie i jak szybko to rośnie? Nie mamy ogromnych centymetrów ani gigantycznych łusek, więc zamiast tego używamy „standardowych świec”: przedmiotów w przestrzeń którego jasność znamy.

Wyobraź sobie, że jest noc, a ty stoisz na długiej drodze z kilkoma słupami oświetleniowymi. Wszystkie te bieguny mają tę samą żarówkę, ale bieguny znajdujące się dalej są słabsze niż te pobliskie.

Dzieje się tak dlatego, że światło zanika proporcjonalnie do odległości. Jeśli znamy moc żarówki i potrafimy zmierzyć jej jasność, możemy obliczyć odległość do słupa świetlnego.

Dla astronomów popularną kosmiczną żarówką jest rodzaj eksplodującej gwiazdy zwanej supernową typu Ia. Są to białe karły, które często wysysają materię z sąsiedniej gwiazdy i rosną, aż osiągną masę 1.44 masy naszego Słońca, po czym eksplodują. Mierząc szybkość zanikania eksplozji, możemy określić, jak jasna była i w jakiej odległości od nas.

Badanie Ciemnej Energii

Połączenia Badanie ciemnej energii to największa jak dotąd próba pomiaru ciemnej energii. Ponad 400 naukowców z wielu kontynentów współpracuje od prawie dziesięciu lat, wielokrotnie obserwując części południowego nieba.

Powtarzane obserwacje pozwalają nam szukać zmian, takich jak nowe eksplodujące gwiazdy. Im częściej obserwujesz, tym lepiej możesz mierzyć te zmiany, a im większy obszar przeszukujesz, tym więcej supernowych możesz znaleźć.

Do pierwszych wyników wskazujących na istnienie ciemnej energii wykorzystano zaledwie kilkadziesiąt supernowych. Najnowsze wyniki badania Dark Energy Survey uwzględniają około 1,500 eksplodujących gwiazd, co zapewnia znacznie większą precyzję.

Wykorzystując specjalnie zbudowaną kamerę zainstalowaną na 4-metrowym teleskopie Blanco w Międzyamerykańskim Obserwatorium Cerro-Tololo w Chile, w ramach przeglądu odkryto tysiące supernowych różnego typu. Aby ustalić, które z nich należą do typu Ia (tego rodzaju, którego potrzebujemy do pomiaru odległości), użyliśmy 4-metrowego Anglo-Australijskiego Teleskopu w Obserwatorium Siding Spring w Nowej Południowej Walii.

Anglo Australian Telescope dokonał pomiarów, które rozbiły kolory światła supernowych. Dzięki temu możemy zobaczyć „odcisk palca” poszczególnych elementów eksplozji.

Supernowe typu Ia mają pewne unikalne cechy, takie jak brak wodoru i krzemu. A przy wystarczającej liczbie supernowych uczenie maszynowe pozwoliło nam skutecznie sklasyfikować tysiące supernowych.

Bardziej skomplikowane niż stała kosmologiczna

Wreszcie, po ponad dziesięciu latach pracy i badania około 1,500 supernowych typu Ia, w ramach badania Dark Energy Survey uzyskano nowy, najlepszy pomiar w. Znaleźliśmy w = –0.80 ± 0.18, więc jest gdzieś pomiędzy –0.62 a –0.98.

To bardzo interesujący wynik. Jest blisko –1, ale nie dokładnie tam. Aby być stałą kosmologiczną lub energią pustej przestrzeni, musiałaby wynosić dokładnie –1.

Dokąd nas to prowadzi? Z myślą, że może być potrzebny bardziej złożony model ciemnej energii, być może taki, w którym ta tajemnicza energia zmieniała się w ciągu życia wszechświata.

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Źródło zdjęcia: Pozostałości supernowej typu Ia — rodzaju eksplodującej gwiazdy używanej do pomiaru odległości we wszechświecie. NASA / CXC / U.Texas, CC BY

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://singularityhub.com/2024/01/12/supernova-study-shows-dark-energy-may-be-more-complicated-than-we-thought/