Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/ЕКА/Гарвард-Смитсоновский институт CfA.
Более десяти лет назад Исследование темной энергии (DES) начало картировать Вселенную, чтобы найти доказательства, которые могли бы помочь нам понять природу загадочного явления, известного как темная энергия. Я один из более чем 100 ученых, которые помогли подготовить окончательные результаты измерений DES, которые только что были опубликованы на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане.
По оценкам, темная энергия составляет почти 70% наблюдаемой Вселенной, но мы до сих пор не понимаем, что это такое. Хотя его природа остается загадочной, влияние темной энергии ощущается в огромных масштабах. Его основным эффектом является ускорение расширения Вселенной.
Объявление в Новом Орлеане может приблизить нас к лучшему пониманию этой формы энергии. Помимо прочего, это дает нам возможность проверить наши наблюдения на основе идеи, называемой космологической постоянной, которая была введена Альбертом Эйнштейном в 1917 году как способ противодействия эффектам гравитации в его уравнениях для создания Вселенной, которая не расширялась и не сжималась. . Позже Эйнштейн исключил это значение из своих расчетов.
Однако позже космологи обнаружили, что Вселенная не только расширяется, но и расширяется с ускорением. Это наблюдение было приписано загадочной величине, называемой темной энергией. Концепция космологической постоянной Эйнштейна могла бы фактически объяснить темную энергию, если бы она имела положительное значение (позволяя ей соответствовать ускоряющемуся расширению космоса).
Результаты DES являются кульминацией десятилетий работы исследователей по всему миру и обеспечивают одно из лучших измерений неуловимого параметра под названием «w», который означает «уравнение состояния» темной энергии. С момента открытия темной энергии в 1998 году ценность ее уравнения состояния стала фундаментальным вопросом.
Это состояние описывает соотношение давления и плотности энергии вещества. Все во Вселенной имеет уравнение состояния.
Его значение говорит вам, является ли вещество газообразным, релятивистским (описанным теорией относительности Эйнштейна) или нет, или ведет себя как жидкость. Разработка этой цифры — первый шаг к настоящему пониманию истинной природы темной энергии.
Наша лучшая теория для w предсказывает, что оно должно быть ровно минус один (w=-1). Это предсказание также предполагает, что темная энергия является космологической постоянной, предложенной Эйнштейном.
Подрыв ожиданий
Уравнение состояния минус единица говорит нам, что по мере увеличения плотности энергии темной энергии увеличивается и отрицательное давление. Чем больше плотность энергии во Вселенной, тем больше здесь отталкивания — другими словами, материя сталкивается с другой материей. Это приводит к постоянно расширяющейся ускоряющейся Вселенной. Это может показаться немного странным, поскольку противоречит всему, что мы переживаем на Земле.
В работе используется самый прямой из имеющихся у нас датчиков истории расширения Вселенной: сверхновые типа Ia. Это своего рода звездный взрыв, и они действуют как своего рода космический критерий, позволяющий нам измерять ошеломляюще большие расстояния далеко во Вселенной. Эти расстояния затем можно сравнить с нашими ожиданиями. Это тот же метод, который использовался для обнаружения существования темной энергии 25 лет назад.
Разница сейчас заключается в размере и качестве нашей выборки сверхновых. Используя новые методы, команда DES имеет в 20 раз больше данных на широком диапазоне расстояний. Это позволяет провести одно из самых точных измерений w, давая значение -0,8.
На первый взгляд, это не то самое значение минус один, которое мы предсказывали. Это может указывать на то, что это не космологическая постоянная. Тем не менее, неопределенность в этом измерении достаточно велика, чтобы допустить минус один при шансе 5% или коэффициентах ставок всего 20 к 1. Этот уровень неопределенности еще недостаточно хорош, чтобы говорить в любом случае, но это отличное начало.
Для обнаружения субатомной частицы бозона Хиггса в 2012 году на Большом адронном коллайдере требовалась вероятность ошибки в размере миллиона к одному. Однако это измерение может сигнализировать о конце моделей «Большого разрыва», уравнения состояния которых более отрицательны, чем единица. В таких моделях Вселенная будет расширяться бесконечно все быстрее и быстрее, в конечном итоге разрывая галактики, планетные системы и даже само пространство-время. Какое облегчение.
Как обычно, учёным нужно больше данных, и эти планы уже идут полным ходом. Результаты DES предполагают, что наши новые методы будут работать для будущих экспериментов со сверхновыми с помощью миссии ЕКА Евклид (запущенной в июле 2023 года) и новой обсерватории Веры Рубин в Чили. Эта обсерватория вскоре должна использовать свой телескоп, чтобы сделать первое изображение неба после строительства, что даст представление о ее возможностях.
Эти телескопы следующего поколения смогут обнаружить еще тысячи сверхновых, что поможет нам провести новые измерения уравнения состояния и пролить еще больше света на природу темной энергии.
Информация от: Разговором
