Študija supernove kaže, da je temna energija morda bolj zapletena, kot smo mislili

Študija supernove kaže, da je temna energija morda bolj zapletena, kot smo mislili

Časovni žig: 12. januar 2024 10

Iz česa je sestavljeno vesolje? To vprašanje je astronome gnalo že stotine let.

Zadnjih četrt stoletja so znanstveniki verjeli, da "normalne" stvari, kot so atomi in molekule, ki sestavljajo vas, mene, Zemljo in skoraj vse, kar lahko vidimo, predstavljajo samo 5 odstotkov vesolja. Drugih 25 odstotkov je "temna snov", neznana snov, ki je ne moremo videti, vendar jo lahko zaznamo po tem, kako vpliva na normalno snov prek gravitacije.

Preostalih 70 odstotkov kozmosa sestavlja »temna energija«. To je neznana oblika energije, odkrita leta 1998, za katero se domneva, da se vesolje širi z vedno večjo hitrostjo.

In nova študija, ki bo kmalu objavljen v Astronomski vestnik, smo s kolegi izmerili lastnosti temne energije podrobneje kot kdaj koli prej. Naši rezultati kažejo, da gre morda za hipotetično vakuumsko energijo, ki jo je prvi predlagal Einstein - ali pa za nekaj bolj čudnega in zapletenega, kar se sčasoma spreminja.

Kaj je temna energija?

Ko je Einstein pred več kot stoletjem razvil splošno teorijo relativnosti, je ugotovil, da njegove enačbe kažejo, da bi se moralo vesolje širiti ali krčiti. To se mu je zdelo napačno, zato je dodal "kozmološko konstanto" - nekakšno energijo, ki je lastna praznemu prostoru - da bi uravnotežil gravitacijsko silo in ohranil vesolje statično.

Kasneje, ko je delo Henriette Swan Leavitt in Edwina Hubbla pokazalo, da se vesolje res širi, je Einstein opustil kozmološko konstanto in jo označil za svojo "največjo napako".

Vendar sta leta 1998 dve skupini raziskovalcev ugotovili, da se širjenje vesolja dejansko pospešuje. To pomeni, da nekaj povsem podobnega Einsteinovi kozmološki konstanti vendarle lahko obstaja - nekaj, kar zdaj imenujemo temna energija.

Od teh začetnih meritev uporabljamo supernove in druge sonde za merjenje narave temna energija. Do sedaj so ti rezultati pokazali, da je gostota temne energije v vesolju konstantna.

To pomeni, da moč temne energije ostaja enaka, tudi ko vesolje raste – zdi se, da se ne razprši bolj tanko, ko se vesolje povečuje. To merimo s številko, imenovano w. Einsteinova kozmološka konstanta v učinku w na –1 in prejšnja opazovanja so pokazala, da je bilo to približno prav.

Eksplodirane zvezde kot kozmične merilne palice

Kako merimo, kaj je v vesolju in kako hitro raste? Nimamo ogromnih merilnih trakov ali ogromnih tehtnic, zato namesto tega uporabljamo "standardne sveče": predmete v prostor katerih svetlost poznamo.

Predstavljajte si, da je noč in stojite na dolgi cesti z nekaj svetlobnimi drogovi. Vsi ti drogovi imajo enako žarnico, le da so bolj oddaljeni drogovi šibkejši od bližnjih.

Majhna zvezda srka material iz veliko večje.
V supernovi tipa Ia bela pritlikavka počasi potegne maso iz sosednje zvezde, preden eksplodira. Avtorstvo slike: NASA/JPL-Caltech, CC BY

To je zato, ker svetloba bledi sorazmerno z razdaljo. Če poznamo moč žarnice in lahko izmerimo, kako svetla je žarnica, lahko izračunamo razdaljo do svetlobnega droga.

Za astronome je običajna kozmična žarnica neke vrste eksplozivna zvezda, imenovana supernova tipa Ia. To so bele pritlikavke, ki pogosto posrkajo snov iz sosednje zvezde in rastejo, dokler ne dosežejo 1.44-kratne mase našega sonca, na kateri točki eksplodirajo. Z merjenjem, kako hitro eksplozija zbledi, lahko ugotovimo, kako svetla je bila in s tem kako daleč od nas.

Raziskava temne energije

O Anketa o temni energiji je največje prizadevanje doslej za merjenje temne energije. Več kot 400 znanstvenikov na več celinah že skoraj desetletje sodeluje pri večkratnem opazovanju delov južnega neba.

Ponavljajoča se opazovanja nam omogočajo, da iščemo spremembe, kot so nove eksplozivne zvezde. Pogosteje kot opazujete, bolje lahko merite te spremembe in večje kot območje iščete, več supernov lahko najdete.

Fotografija rdeče osvetljene zgradbe observatorija z zvezdnatim nebom v ozadju.
4-metrski teleskop Inter-American Observatory Cerro Tololo, ki ga je uporabljal Dark Energy Survey. Avtorstvo slike: Reidar Hahn / Fermilab, CC BY

Prvi rezultati, ki kažejo na obstoj temne energije, so uporabili le nekaj ducatov supernov. Najnovejši rezultati raziskave temne energije uporabljajo približno 1,500 eksplozivnih zvezd, kar daje veliko večjo natančnost.

Z uporabo posebej izdelane kamere, nameščene na 4-metrskem teleskopu Blanco na medameriškem observatoriju Cerro-Tololo v Čilu, je raziskava odkrila na tisoče supernov različnih vrst. Da bi ugotovili, kateri so bili tipa Ia (takšne, ki jih potrebujemo za merjenje razdalj), smo uporabili 4-metrski Anglo Australian Teleskop na observatoriju Siding Spring v Novem Južnem Walesu.

Angloavstralski teleskop je opravil meritve, ki so razločile barve svetlobe supernov. To nam omogoča, da vidimo "prstni odtis" posameznih elementov v eksploziji.

Supernove tipa Ia imajo nekaj edinstvenih lastnosti, na primer, da ne vsebujejo vodika in silicija. In z dovolj supernova nam je strojno učenje omogočilo učinkovito razvrščanje na tisoče supernov.

Bolj zapleteno kot kozmološka konstanta

Končno je po več kot desetletju dela in preučevanja približno 1,500 supernov tipa Ia raziskava temne energije izdelala novo najboljšo meritev w. Smo ugotovili w = –0.80 ± 0.18, torej je nekje med –0.62 in –0.98.

To je zelo zanimiv rezultat. Je blizu –1, vendar ne ravno tam. Da bi bila kozmološka konstanta ali energija praznega prostora, bi morala biti natanko –1.

Kje nas to pusti? Z idejo, da bo morda potreben bolj zapleten model temne energije, morda tak, v katerem se je ta skrivnostna energija spreminjala skozi življenje vesolja.

Ta članek je ponovno objavljen Pogovor pod licenco Creative Commons. Preberi Originalni članek.

Avtorstvo slike: Ostanki supernove tipa Ia – neke vrste eksplozivna zvezda, ki se uporablja za merjenje razdalj v vesolju. NASA / CXC / U. Teksas, CC BY

Časovni žig:

Več od Središče singularnosti