Μια δελεαστική «ένδειξη» ότι οι αστρονόμοι παρανόησαν τη σκοτεινή ενέργεια

Την Πέμπτη, αστρονόμοι που διεξήγαγαν αυτό που περιγράφουν ως τη μεγαλύτερη και πιο ακριβή μελέτη στην ιστορία του σύμπαντος ανακοίνωσαν ότι μπορεί να ανακάλυψαν ένα μεγάλο λάθος στην κατανόησή τους για τη σκοτεινή ενέργεια, τη μυστηριώδη δύναμη που επιταχύνει τη διαστολή του σύμπαντος. Ο Κόσμος.

Η σκοτεινή ενέργεια υποτίθεται ότι ήταν μια σταθερή δύναμη στο σύμπαν, τόσο σήμερα όσο και σε όλη την κοσμική ιστορία. Ωστόσο, νέα δεδομένα υποδηλώνουν ότι μπορεί να είναι πιο μεταβλητό, να ενισχύεται ή να εξασθενεί με την πάροδο του χρόνου, να αντιστρέφεται ή ακόμη και να εξασθενεί.

«Όπως θα έλεγε ο Μπάιντεν, είναι BFD», είπε ο Άνταμ Ρις, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Τζονς Χόπκινς και στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη. Μοιράστηκε το Νόμπελ Φυσικής του 2011 με άλλους δύο αστρονόμους για την ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας, αλλά δεν συμμετείχε σε αυτή τη νέα μελέτη. «Μπορεί να είναι η πρώτη πραγματική ένδειξη που έχουμε για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας εδώ και 25 χρόνια», είπε.

Αυτό το συμπέρασμα, εάν επιβεβαιωθεί, θα μπορούσε να απελευθερώσει τους αστρονόμους (και τους υπόλοιπους από εμάς) από μια μακροχρόνια, ζοφερή πρόβλεψη για την τελική μοίρα του σύμπαντος. Εάν το έργο της σκοτεινής ενέργειας ήταν σταθερό με την πάροδο του χρόνου, τελικά θα ωθούσε όλα τα αστέρια και τους γαλαξίες τόσο μακριά, ώστε ακόμη και τα άτομα θα σχιζόντουσαν, αφαιρώντας από το σύμπαν όλη τη ζωή, το φως, την ενέργεια και τη σκέψη και καταδικάζοντάς το σε αιώνιο θάνατο. Η περίπτωση των κοσμικών μπλας. Αντίθετα, φαίνεται ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι ικανή να αλλάξει πορεία και να καθοδηγήσει τον κόσμο προς ένα πλουσιότερο μέλλον.

Οι λέξεις-κλειδιά είναι «μπορεί» και «μπορεί». Η νέα ανακάλυψη έχει μία στις 400 πιθανότητες να είναι στατιστική ατυχία, ένας βαθμός αβεβαιότητας που ονομάζεται τρία σίγμα, ο οποίος είναι πολύ χαμηλότερος από το χρυσό πρότυπο για μια ανακάλυψη που ονομάζεται πέντε σίγμα: πιθανότητα μία στο 1,7 εκατομμύρια. Στην ιστορία της φυσικής, ακόμη και τα συμβάντα πέντε σίγμα εξατμίστηκαν καθώς προέκυψαν περισσότερα δεδομένα ή καλύτερες ερμηνείες των δεδομένων.

Αυτή η είδηση ​​εμφανίζεται στην πρώτη έκθεση προόδου, που δημοσιεύτηκε ως μια σειρά εγγράφων, από μια μεγάλη διεθνή συνεργασία που ονομάζεται Φασματοσκοπικό Όργανο Σκοτεινής Ενέργειας ή DESI. Η ομάδα μόλις ξεκίνησε μια πενταετή προσπάθεια για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου χάρτη των θέσεων και των ταχυτήτων 40 εκατομμυρίων γαλαξιών σε 11 δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικού χρόνου. Ο αρχικός τους χάρτης, με βάση το πρώτο έτος των παρατηρήσεων, περιλαμβάνει μόνο έξι εκατομμύρια γαλαξίες. Τα αποτελέσματα ανακοινώθηκαν σήμερα σε συνεδρίαση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας στο Σακραμέντο της Καλιφόρνια και στο συνέδριο Rencontres de Moriond στην Ιταλία.

«Μέχρι στιγμής βλέπουμε μια βασική συμφωνία με το καλύτερο μοντέλο μας για το σύμπαν, αλλά βλέπουμε επίσης κάποιες δυνητικά ενδιαφέρουσες διαφορές που θα μπορούσαν να υποδεικνύουν ότι η σκοτεινή ενέργεια εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου», δήλωσε ο Michael Levi, διευθυντής του DESI, σε δήλωση που εξέδωσε. το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley, το οποίο διαχειρίζεται το έργο.

Η ομάδα DESI δεν περίμενε να βρει χρήματα τόσο σύντομα, είπε σε συνέντευξή της η Nathalie Palanque-Delabruille, αστροφυσικός στο Lawrence Berkeley Laboratory και εκπρόσωπος του έργου. Το πρώτο έτος των αποτελεσμάτων σχεδιάστηκε απλώς για να επιβεβαιώσει αυτό που ήταν ήδη γνωστό, είπε: «Σκεφτήκαμε ότι θα επικυρώναμε βασικά το τυπικό μοντέλο».

Αλλά ο άγνωστος πήδηξε πάνω τους.

Όταν οι επιστήμονες συνδύασαν τον χάρτη τους με άλλα κοσμολογικά δεδομένα, εξεπλάγησαν όταν ανακάλυψαν ότι δεν ταίριαζε αρκετά με το κατά τα άλλα αξιόπιστο πρότυπο μοντέλο του σύμπαντος, το οποίο υποθέτει ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι σταθερή και αμετάβλητη. Μια μεταβλητή σκοτεινή ενέργεια ταιριάζει καλύτερα στα σημεία δεδομένων.

«Είναι σίγουρα κάτι περισσότερο από μια περιέργεια», είπε ο Δρ Palanque-Delabruille. «Θα το έλεγα ένδειξη. Ναι, δεν είναι ακόμη στοιχεία, αλλά είναι ενδιαφέρον».

Αλλά οι κοσμολόγοι παίρνουν αυτή την πρόταση πολύ σοβαρά.

Η Wendy Freedman, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, η οποία ηγήθηκε των προσπαθειών για τη μέτρηση της διαστολής του σύμπαντος, επαίνεσε τη νέα μελέτη ως «εξαιρετικά δεδομένα». Τα αποτελέσματα, είπε, «ανοίγουν τη δυνατότητα για ένα νέο παράθυρο για την κατανόηση της σκοτεινής ενέργειας, του κυρίαρχου συστατικού του σύμπαντος, το οποίο παραμένει το μεγαλύτερο μυστήριο στην κοσμολογία. “Αρκετά συναρπαστικό.”

Ο Michael Turner, ομότιμος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, ο οποίος επινόησε τον όρο «σκοτεινή ενέργεια», είπε σε ένα email: «Ενώ ο συνδυασμός συνόλων δεδομένων είναι περίπλοκος, και αυτά είναι τα πρώτα αποτελέσματα από το DESI, πιθανές αποδείξεις ότι «η σκοτεινή ενέργεια είναι Δεν είναι σταθερό. Είναι τα καλύτερα νέα που έχω ακούσει από τότε που η κοσμική επιτάχυνση καθιερώθηκε σταθερά πριν από περισσότερα από 20 χρόνια.”

Η σκοτεινή ενέργεια μπήκε στη συζήτηση το 1998, όταν δύο ανταγωνιστικές ομάδες αστρονόμων, συμπεριλαμβανομένου του Δρ Riess, ανακάλυψαν ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνθηκε αντί να επιβραδύνει, όπως περίμεναν οι περισσότεροι αστρονόμοι. Οι αρχικές παρατηρήσεις φάνηκαν να υποδηλώνουν ότι αυτή η σκοτεινή ενέργεια λειτούργησε ως ένας διάσημος παράγοντας χειραγώγησης (που υποδηλώνεται με το ελληνικό γράμμα Λάμδα) που ο Αϊνστάιν είχε εισαγάγει στις εξισώσεις του για να εξηγήσει γιατί το σύμπαν δεν κατέρρευσε λόγω της δικής του βαρύτητας. Αργότερα το χαρακτήρισε το χειρότερο λάθος του.

Ίσως όμως μίλησε πολύ νωρίς. Όπως το διατύπωσε ο Αϊνστάιν, η Λάμδα ήταν μια ιδιότητα του ίδιου του διαστήματος: όσο περισσότερος χώρος υπήρχε καθώς το σύμπαν διαστέλλονταν, τόσο περισσότερη σκοτεινή ενέργεια υπήρχε, πιέζοντας όλο και πιο δυνατά και τελικά οδηγώντας σε ένα αφανές, χωρίς φως μέλλον.

Η σκοτεινή ενέργεια πήρε τη θέση της στο τυπικό μοντέλο του σύμπαντος γνωστό ως LCDM, που αποτελείται από 70 τοις εκατό σκοτεινή ενέργεια (Λάμδα), 25 τοις εκατό ψυχρή σκοτεινή ύλη (μια ποικιλία εξωτικών, αργά κινούμενων σωματιδίων) και 5 τοις εκατό ατομική ύλη. Μέχρι στιγμής, αυτό το μοντέλο έχει νικηθεί αλλά δεν έχει σπάσει από το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Τι θα γινόταν όμως αν η σκοτεινή ενέργεια δεν ήταν σταθερή όπως υπέθεσε το κοσμολογικό μοντέλο;

Αυτό που διακυβεύεται είναι μια παράμετρος που ονομάζεται w, που είναι ένα μέτρο της πυκνότητας ή της έντασης της σκοτεινής ενέργειας. Στην εκδοχή της σκοτεινής ενέργειας του Αϊνστάιν, αυτός ο αριθμός παραμένει σταθερός, με τιμή –1, για όλη τη ζωή του σύμπαντος. Οι κοσμολόγοι χρησιμοποιούν αυτή την τιμή στα μοντέλα τους τα τελευταία 25 χρόνια.

Αλλά αυτή η εκδοχή της σκοτεινής ενέργειας είναι απλά η πιο απλή. «Με το DESI επιτύχαμε τώρα μια ακρίβεια που μας επιτρέπει να υπερβούμε αυτό το απλό μοντέλο», είπε ο Δρ Palanque-Delabruille, «για να δούμε αν η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας είναι σταθερή με την πάροδο του χρόνου ή αν έχει κάποιες διακυμάνσεις και εξέλιξη. χρόνος.” χρόνος.”

Το έργο DESI, το οποίο βρίσκεται σε εξέλιξη εδώ και 14 χρόνια, σχεδιάστηκε για να δοκιμάσει τη σταθερότητα της σκοτεινής ενέργειας μετρώντας πόσο γρήγορα επεκτάθηκε το σύμπαν σε διάφορες χρονικές στιγμές στο παρελθόν. Για να γίνει αυτό, οι επιστήμονες εξόπλισαν ένα τηλεσκόπιο στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak με 5.000 ανιχνευτές οπτικών ινών που θα μπορούσαν να πραγματοποιήσουν φασματοσκοπία σε όσους γαλαξίες ταυτόχρονα και να ανακαλύψουν πόσο γρήγορα απομακρύνονταν από τη Γη.

Ως μέτρο της απόστασης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εξογκώματα στην κοσμική κατανομή των γαλαξιών, γνωστές ως ακουστικές ταλαντώσεις βαρυονίου. Αυτά τα εξογκώματα αποτυπώθηκαν στο σύμπαν από ηχητικά κύματα στο καυτό πλάσμα που γέμισε το σύμπαν όταν ήταν μόλις 380.000 ετών. Εκείνη την εποχή, τα εξογκώματα είχαν πλάτος μισού εκατομμυρίου ετών φωτός. Τώρα, 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, το σύμπαν έχει επεκταθεί χίλιες φορές και τα εξογκώματα, τώρα 500 εκατομμυρίων ετών φωτός σε διάμετρο, χρησιμεύουν ως βολικά κοσμικά ραβδιά μέτρησης.

Οι επιστήμονες του DESI χώρισαν τα τελευταία 11 δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής ιστορίας σε επτά χρονικές περιόδους. (Το σύμπαν είναι 13,8 δισεκατομμυρίων ετών). Για το καθένα, μέτρησαν το μέγεθος αυτών των διογκώσεων και την ταχύτητα με την οποία οι γαλαξίες σε αυτά απομακρύνονταν από εμάς και ο ένας από τον άλλο.

Όταν οι ερευνητές συνέθεσαν όλα αυτά, ανακάλυψαν ότι η συνήθης υπόθεση – μια σταθερή σκοτεινή ενέργεια – δεν λειτούργησε για να περιγράψει τη διαστολή του σύμπαντος. Οι γαλαξίες των τριών πιο πρόσφατων βιοφυσικών εμφανίστηκαν πιο κοντά από όσο θα έπρεπε, υποδηλώνοντας ότι η σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε να εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου.

«Και βλέπουμε, στην πραγματικότητα, έναν υπαινιγμό ότι οι ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας δεν θα αντιστοιχούσαν σε μια απλή κοσμολογική σταθερά», αλλά θα μπορούσαν «να έχουν κάποιες αποκλίσεις», είπε ο Δρ Palanque-Delabruille. «Και αυτή είναι η πρώτη φορά που το έχουμε αυτό». Αλλά, τόνισε και πάλι, «δεν θα το έλεγα ακόμη αποδεικτικό. «Είναι πάρα πολύ αδύναμο».

Ο χρόνος και περισσότερα δεδομένα θα πουν την τύχη της σκοτεινής ενέργειας και του δοκιμασμένου στη μάχη μοντέλου του σύμπαντος των κοσμολόγων.

«Το LCDM δοκιμάζεται με δοκιμές ακριβείας που έρχονται από όλες τις κατευθύνσεις», είπε ο Δρ Turner. «Και καλά κάνει. Αλλά, όταν τα παίρνεις όλα μαζί, αρχίζει να νιώθεις ότι κάτι δεν πάει καλά ή κάτι λείπει. Τα πράγματα δεν ταιριάζουν τέλεια. Και το DESI είναι η τελευταία ένδειξη».

Ο Δρ Riess του Johns Hopkins, ο οποίος έριξε μια πρώιμη ματιά στα αποτελέσματα του DESI, σημείωσε ότι η «ένδειξη», εάν επικυρωθεί, θα μπορούσε να απορρίψει άλλες κοσμολογικές μετρήσεις, όπως η ηλικία ή το μέγεθος του σύμπαντος. «Αυτό το αποτέλεσμα είναι πολύ ενδιαφέρον και θα πρέπει να το λάβουμε σοβαρά υπόψη», έγραψε στο email του. «Διαφορετικά, γιατί κάνουμε αυτά τα πειράματα;»

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *