Waarom de recente berekeningen van wetenschappers van donkere materie en donkere energie zo belangrijk zijn

In 1998 hebben wetenschappers Ik heb een verbazingwekkende kosmische waarheid gevonden. Ze beseffen niet alleen dat het heelal uitdijt, maar het lijkt ook zo te zijn. versnellen Naarmate de jaren verstrijken, wordt het versneld door een kracht die we niet eens kunnen zien.

Dit mysterieuze effect werd al snel bekend als donkere energie en het is een van de grootste mysteries in de natuurkunde.

Een even, zo niet meer, verwarrend aspect van ons universum, donkere materie genaamd, zal een overkoepelend concept van wetenschappers aanvullen. Verscheen voor het eerst in 1933 Om alles te beschrijven dat de subtiele halo-achtige barrières vormt die eenvoudigweg voorkomen dat sterrenstelsels instorten. (Nog een kracht die we met het menselijk oog niet kunnen bevatten.)

Maar ook al zijn we niet in staat om de ongrijpbare aard van Donkere materie en donkere energie Met zicht kunnen we het meten met wiskunde. En op woensdag in Een reeks artikelen in het Astrophysical Journalkonden astrofysici stellen Meest nauwkeurig tot nu toe Over de vorming en evolutie van ons universum – inclusief het donkere universum.

Met behulp van een krachtig analytisch mechanisme genaamd Pantheon+, ontdekte het team dat het universum bestaat uit ongeveer tweederde van donkere energie en een derde van materie, het meeste in de vorm van donkere materie. Meer specifiek vermoeden ze dat 66,2% van het universum verschijnt als donkere energie, terwijl de resterende 33,8% zowel tot donkere als zichtbare materie behoort.

Misschien nog wel spannender dan het resultaat van Pantheon+ is de manier waarop het werkt. Kortom, het team gebruikte een reeks krachtige kosmische lampen om terug te kijken en de inhoud van het universum te documenteren zoals het meer dan 10 miljard jaar geleden was.

Met ‘flitsen’ bedoel ik een Type 1a supernova.

Deze starbursts zijn zo helder dat ze hele sterrenstelsels overtreffen en dus worden gezien vanaf afstanden van miljarden lichtjaren van de aarde. Het zijn net zaklampen, maar in plaats van een lange gang te verlichten, verlichten ze de eindeloze tunnel van ruimte en tijd. Het is zelfs belangrijk om het donkere universum te ontdekken, om de aanwezigheid van donkere materie in 1933 en donkere energie in 1998 te helpen onthullen.

Pantheon+ bracht de zaken naar een hoger niveau. De wetenschappers achter de analyse concentreerden zich op meer dan 1.500 supernova’s die, wanneer ze samen worden gegroepeerd, samen ongeveer driekwart van het bekende universum verlichten. Al gestopt.

“Met deze gecombineerde Pantheon+-dataset krijgen we een nauwkeurig beeld van de kosmos uit de tijd dat donkere materie het universum domineerde onder controle van donkere energie”, zei Dillon Brout, een astronoom aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, in een uitspraak.

“Deze dataset is een unieke kans om donkere energie in actie te zien en de evolutie van het universum op dit moment op het hoogste niveau te stimuleren,” zei Prout.

Dit zou een aantal wetenschappelijke debatten kunnen oplossen

Onderweg bereidt Legacy of the Pantheon+ zich voor om het donkere universum te overstijgen.

Als een toegevoegde bonus bevestigde het analytische hulpmiddel ook dat het universum inderdaad in een steeds sneller tempo uitdijt, En de Ze leverde veelbelovend bewijs om een ​​hoeksteen van het wetenschappelijk denken te ondersteunen: Standaardmodel van deeltjesfysica.

Dit raamwerk illustreert min of meer hoe elk bekend deeltje zich onafhankelijk en met elkaar gedraagt, en dient zelfs als basis voor veel toonaangevende theorieën over waar het donkere universum werkelijk over gaat.

“We zijn in staat om de meest precieze beperkingen op te leggen aan de dynamiek en geschiedenis van het universum tot nu toe”, zei Prott. “We hebben de gegevens doorzocht en kunnen nu met meer vertrouwen dan ooit tevoren zeggen hoe het universum zich door de eeuwen heen heeft ontwikkeld en dat de huidige beste theorieën over donkere energie en donkere materie krachtig zijn.”

Met andere woorden, Pantheon+ zou ons kunnen vertellen dat we een einde moeten maken aan een aantal alternatieve theorieën over donkere materie en donkere energie Niet verbonden naar het standaardformulier. Deze theorieën kunnen wel eens onjuist zijn.

Bovendien moeten we het ook hebben over mijn persoonlijke favoriete score voor Pantheon+ datasets. Ten slotte zou het kunnen helpen om een ​​langlopend en verhit debat onder natuurkundigen tot rust te brengen.

We zijn misschien eindelijk op weg om te ontcijferen wat bekend staat als Hubble-constante. Iets.

Kortom, we weten dat het heelal exponentieel uitdijt. We kunnen dat letterlijk in realtime zien gebeuren. Maar wetenschappers kunnen het niet eens worden over de exacte snelheid waarmee deze expansie plaatsvindt. De sleutel tot de oplossing is de Hubble-constante, maar verschillende methoden om deze constante te berekenen lijken verschillende antwoorden te geven.

Hoewel, na het samenvoegen van het Pantheon+-monster met gegevens van een andere wetenschappelijke samenwerking, stelt een persbericht van Harvard dat we nu mogelijk de meest strikte lokale meting hebben van de huidige expansiesnelheid van het universum. (Het sleutelwoord hier is ‘lokaal’. Komt later.)

Samenvattend vond de samenwerking de Hubble-constante van 73,4 kilometer (45,6 mijl) per seconde per megaparsec (kilometers/sec/miljoen kubieke meter) met verbazingwekkende nauwkeurigheid. 1,3% twijfel.

De release legt uit: “Met andere woorden, voor elke megaparsec, of 3,26 miljoen lichtjaar, schat de analyse dat in het nabije universum de ruimte zelf uitdijt met meer dan 160.000 mijl per uur.” Dit nummer is, voor de context, precies in het midden van 2001 Meetmijlpalen 72 km/sec/miljoen stuks Daaropvolgende meldingen zijn 74 km/s/mcm.

Het is echter ver verwijderd van de andere toonaangevende meting die een constante van 69,8 km/s/miljoen segmenten aangeeft.

Nou ja, er is nog steeds een tegenstrijdigheid. En nogmaals, de Pantheon + constante is afhankelijk van “lokale” metingen.

Als zodanig beweert het Pantheon+-team dat “waarnemingen uit een heel ander tijdperk in de geschiedenis van het universum een ​​ander verhaal voorspellen.” En dus, in zekere zin, kan het bestaan ​​van de nieuwe anisotrope constante van Hubble zijn: Niet De Hubble-spanning is opgelost, maar in plaats van een toch al beladen debat te laten escaleren? Zoals ik al zei, het is ingewikkeld.

“We dachten dat het mogelijk zou zijn om bewijs te vinden voor een nieuwe oplossing voor deze problemen in onze dataset, maar in plaats daarvan ontdekten we dat onze gegevens veel van deze opties uitsluiten en dat diepe discrepanties net zo hardnekkig blijven als altijd”, zei Pruitt. .

Maar uiteindelijk, omdat de resultaten van Pantheon+ zo primitief zijn, kunnen ze op zijn minst het knelpunt in Hubble’s voortdurende controverse verduidelijken.

“Veel recente theorieën beginnen te wijzen op vreemde nieuwe fysica in het vroege universum”, zei Prott. “Dergelijke niet-geverifieerde theorieën moeten echter het wetenschappelijke proces doorstaan, en de Hubble-spanning blijft een grote uitdaging.”

Natuurkunde zit vol met puzzels, complexe puzzels en, eerlijk gezegd, wegversperringen. Maar ik stel me deze obstakels graag voor als een katalysator om dit veld voort te zetten en van gedachten te veranderen. Daarom is Pantheon+ in de eerste plaats gemaakt.

Met dit mechanisme zijn we zeker vooruitgegaan in het ontleden van de waarheid over de donkere kant van ons universum – om het zachtjes uit te drukken. Of, zoals Prout het stelt: “Pantheon+ geeft ons onze beste kans tot nu toe om donkere energie, haar oorsprong en evolutie te beperken.”