Teraz sme o krok bližšie k pochopeniu temnej energie

Robert Nichol: Pred viac ako desiatimi rokmi začal prieskum Dark Energy Survey (DES) mapovať vesmír, aby našiel dôkazy, ktoré by nám mohli pomôcť pochopiť podstatu záhadného javu známeho ako temná energia.

Som jedným z viac ako 100 prispievajúcich vedcov, ktorí pomohli vytvoriť konečné meranie DES, ktoré bolo práve zverejnené na 243. stretnutí Americkej astronomickej spoločnosti v New Orleans.

Odhaduje sa, že temná energia tvorí takmer 70 % pozorovateľného vesmíru, no stále nechápeme, čo to je. Zatiaľ čo jeho povaha zostáva záhadná, vplyv temnej energie je cítiť vo veľkých mierkach. Jeho primárnym účinkom je poháňanie zrýchľujúcej sa expanzie vesmíru.

Oznámenie v New Orleans nás môže priblížiť k lepšiemu pochopeniu tejto formy energie.

Okrem iného nám dáva príležitosť otestovať naše pozorovania na základe myšlienky nazývanej kozmologická konštanta, ktorú zaviedol Albert Einstein v roku 1917 ako spôsob, ako pôsobiť proti účinkom gravitácie vo svojich rovniciach, aby sa dosiahol vesmír, ktorý sa ani nerozpína, ani nezmršťuje. . Einstein ho neskôr zo svojich výpočtov odstránil.

Neskôr však kozmológovia zistili, že vesmír sa nielen rozpína, ale aj zrýchľuje. Toto pozorovanie bolo pripísané záhadnej veličine nazývanej tmavá energia.

Einsteinov koncept kozmologickej konštanty by mohol skutočne vysvetliť temnú energiu, ak by mala kladnú hodnotu (umožňujúca jej prispôsobiť sa zrýchľujúcej sa expanzii kozmu).

Výsledky DES sú vyvrcholením desaťročí práce výskumníkov na celom svete a poskytujú jedno z doteraz najlepších meraní nepolapiteľného parametra nazývaného „w“, ktorý znamená „stavovú rovnicu“ tmavej energie. Od objavu temnej energie v roku 1998 bola hodnota jej stavovej rovnice základnou otázkou.

Tento stav popisuje pomer tlaku a hustoty energie pre látku. Všetko vo vesmíre má stavovú rovnicu.

Jeho hodnota vám povie, či je látka podobná plynu, relativistická (popísaná Einsteinovou teóriou relativity) alebo nie, alebo či sa správa ako tekutina. Vypracovanie tohto čísla je prvým krokom k skutočnému pochopeniu skutočnej podstaty temnej energie.

Naša najlepšia teória pre w predpovedá, že by malo byť presne mínus jedna (w=-1). Táto predpoveď tiež predpokladá, že tmavá energia je kozmologická konštanta navrhnutá Einsteinom.

Podvracanie očakávaní

Stavová rovnica mínus jedna nám hovorí, že so zvyšujúcou sa hustotou energie temnej energie sa zvyšuje aj podtlak. Čím väčšia je hustota energie vo vesmíre, tým väčšia je odpudivosť – inými slovami, hmota tlačí proti inej hmote.

To vedie k neustále sa rozširujúcemu zrýchľovaciemu vesmíru. Môže to znieť trochu bizarne, pretože je to v rozpore so všetkým, čo zažívame na Zemi. Práca využíva najpriamejšiu sondu, ktorú máme k histórii expanzie vesmíru: supernovy typu Ia.

Ide o typ výbuchu hviezd a fungujú ako akési kozmické meradlo, ktoré nám umožňuje merať ohromujúco veľké vzdialenosti ďaleko vo vesmíre. Tieto vzdialenosti potom môžeme porovnať s našimi očakávaniami.

Ide o rovnakú techniku, ktorá bola použitá na zistenie existencie temnej energie pred 25 rokmi. Rozdiel je teraz vo veľkosti a kvalite našej vzorky supernov.

Pomocou nových techník má tím DES 20-krát viac údajov v širokom rozsahu vzdialeností. To umožňuje jedno z najpresnejších meraní w, ktoré dáva hodnotu -0,8.

Na prvý pohľad to nie je presná hodnota mínus jedna, ktorú sme predpovedali. To môže naznačovať, že nejde o kozmologickú konštantu. Neistota tohto merania je však dostatočne veľká na to, aby umožnila mínus jedna pri 5% šanci, alebo stávkový kurz len 20 ku 1. Táto úroveň neistoty ešte nie je dosť dobrá na to, aby som to povedal tak či tak, ale je to vynikajúci začiatok.

Detekcia subatomárnej častice Higgsovho bozónu v roku 2012 vo Veľkom hadrónovom urýchľovači vyžadovala pravdepodobnosť milión ku jednej, že sa mýlia. Toto meranie však môže signalizovať koniec modelov „Big Rip“, ktoré majú stavové rovnice zápornejšie ako jedna.

V takýchto modeloch by sa vesmír rozpínal donekonečna rýchlejším a rýchlejším tempom – nakoniec by roztrhol galaxie, planetárne systémy a dokonca aj samotný časopriestor. To je úľava.

Ako obvykle, vedci chcú viac údajov a tieto plány už dobre prebiehajú. Výsledky DES naznačujú, že naše nové techniky budú fungovať pre budúce experimenty so supernovami s misiou Euclid ESA (spustenou v júli 2023) a novým observatóriom Vera Rubin v Čile.

Toto observatórium by malo čoskoro použiť svoj teleskop na zhotovenie prvej snímky oblohy po výstavbe, čo umožní nahliadnuť do jeho schopností.

Tieto teleskopy novej generácie by mohli nájsť tisíce ďalších supernov, čo by nám pomohlo urobiť nové merania stavovej rovnice a ešte viac osvetliť povahu temnej energie.

Robert Nichol, pro vicekancelár a výkonný dekan, University of Surrey

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok.