Bir yüzyıldan fazla bir süredir bilim adamları, milyarlarca yıl önce her şeyi başlatan ilk olay olan büyük patlamadan bu yana evrenin genişlediğini biliyorlar .
Ancak şimdiye kadar, zor bir sorunu çözemediler. Ne kadar hızlı genişliyor? Bunun nedeni, kozmik mikrodalga arka planı veya bilimsel dilde CMB olarak bilinen büyük patlamadan kalan radyasyona dayalı tahmini hız ile süpernova gözlemlerine dayanan önemli ölçüde daha hızlı hız arasında bir eşitsizlik olmasıdır . Evrenin genişleme hızı Hubble Sabiti olarak bilinir, bu nedenle eşitsizlik "Hubble Gerilimi" olarak adlandırılır.
Bilim adamları, evrenin devam eden genişlemesinin, büyük patlamadan 7 veya 8 milyar yıl sonra evrenin yavaşlamasını tersine çevirmeye başlamış gibi görünen karanlık enerji adı verilen bir güç tarafından yönlendirildiği inancına sahipler .
Karanlık Enerji Nedir?
"Karanlık enerji, evrendeki en iyi anlayışımıza göre, evrendeki toplam enerjinin yaklaşık yüzde 70'ini oluşturan, bugün evrendeki varsayımsal bir enerji kaynağıdır," diye açıklıyor seçkin bir üniversite profesörü ve eşbaşkanı Glenn Starkman . Case Western Reserve Üniversitesi'nde fizik bölümü.
Starkman, "Varlığının birincil kanıtı, son birkaç milyar yıldır devam ediyormuş gibi görünen evrenin hızlanan genişlemesidir" diyor. "Böyle bir genişlemeyi sürdürmek, evren genişledikçe daha fazla seyrelmeyen (veya çok az seyrelmeyen) bir enerji kaynağı gerektirir. Bu, çoğu enerji kaynağını diskalifiye eder - örneğin, sıradan madde veya karanlık madde, her ikisi de daha az hale gelir. Evren büyüdükçe yoğunlaşır. Karanlık enerjinin en basit modeli, boş uzayla ilişkili değişmeyen enerji yoğunluğu olmasıdır. Bu nedenle, eğer uzay genişlerse, karanlık enerjinin yoğunluğu sabit kalacaktır."
Ancak, karanlık enerji hakkında açıklanamayan pek çok şey var, neden başından beri var olmadığı da dahil. Ve standart modele karanlık enerjinin dahil edilmesi bile, iki kozmik genişleme ölçümü arasındaki eşitsizliği çözmez.
Ve Erken Karanlık Enerji?
Ancak, her ikisi de Atacama Kozmoloji Teleskobu (ACT) tarafından 2013 ve 2016 yılları arasında toplanan verilere dayanan, henüz yayınlanmamış iki yeni çalışma, bir sorun için olası bir çözüme işaret etmeye yardımcı olabilir. Araştırmacılar, büyük patlamadan sonraki ilk 300.000 yılda var olan bir tür "erken" karanlık enerjinin izlerini bulduklarına inanıyorlar. Davide Castelvecchi'nin Nature'daki bu son makalesi , ilk olarak, biri ACT ekibi ve diğeri Fransa'daki Montpellier Üniversitesi'nde bir astrofizikçi olan Vivian Poulin ve meslektaşları Tristian L. Smith ve Alexa Bartlett'i içeren bağımsız bir grup tarafından olmak üzere iki makaleyi yayınladı. Swarthmore Koleji'nden.
Erken karanlık enerji fikri, başlangıçta birkaç yıl önce , o zamanlar Johns Hopkins Üniversitesi'nde doktora sonrası bir arkadaş olan Smith ve meslektaşları tarafından soruyu çözmenin bir yolu olarak Poulin tarafından önerildi .
Starkman, "Erken karanlık enerji, başka bir karanlık enerji biçimi için bir öneridir, yani günümüzün hızlandırılmış genişlemesine neden olan karanlık enerjiyle açık bir şekilde ilgili değil" diye açıklıyor. EDE, "evren şu anda olduğundan yaklaşık 10.000 kat daha küçük ve daha sıcakken, uzun zaman önce evrende önemli bir rol oynardı." Bu, "evrenin genişleme hızının tarihi hakkındaki bazı gizemli anlaşmazlıkları çözmek için tasarlanmış" bir kavramdır.
Nature makalesinin açıkladığı gibi, erken karanlık enerji, evrenin milyarlarca yıl sonra hızlandırılmış genişlemesine neden olacak kadar güçlü olmazdı. Bunun yerine, büyük patlamadan kısa bir süre sonra oluşan temel parçacıkların veya plazmanın karışımının daha hızlı soğumasını sağlayarak dolaylı olarak etkilemiş olurdu . Bu da, kozmik mikrodalga arka planının nasıl ölçülmesi gerektiğini - özellikle ses dalgalarının gaza dönüşmeden önce plazmada ne kadar uzağa gidebileceğine bağlı olarak evrenin yaşı ve genişleme hızının ölçümlerini - etkileyecek ve daha hızlı sonuçlanacaktır. astronomların gök cisimlerine dayanarak hesapladıklarına daha yakın olan genişleme hızı.
Erken karanlık enerji, zor bir teorik çözümdür, ancak 2018 erken karanlık enerji makalesinin yazarlarından biri olan Johns Hopkins Üniversitesi teorik fizikçisi Mark Kamionkowski'nin Nature'a açıkladığı gibi, "işe yarayabileceğimiz tek model bu" .
Sonuç Açık Değil
İki çalışma, erken karanlık enerji için durumu desteklemeye yardımcı olabilir, ancak dahil olan araştırmacılardan biri, hala tamamen ikna olmadığını ve net bir sonuca varmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulduğuna dikkat çekiyor.
"Galaksilerin ve evrendeki maddenin ('büyük ölçekli yapı' veya LSS) geniş ölçekli dağılımının yüksek hassasiyetli ölçümlerini eşleştirmede karşılaştıkları problemler nedeniyle erken dönem karanlık enerji modelleri hakkında şüpheliydim," Columbia Üniversitesi ACT ekibinin çalışmasının ortak yazarı fizik profesörü J. Colin Hill , bir e-postada notlar alıyor. (Hill'in kavramı sorgulaması, 2020'de birlikte yazdığı bu makaleye ve daha sonraki bir makaleye de yansıyor ve diğer araştırmacıların benzer komplikasyonları ortaya çıkaran başka bir makalesinden de bahsediyor .)
Hill, "Yukarıda bağlantılı üç makaleden çıkarılacak sonuç, SPK verilerine ve Riess ve diğerleri, H0 verilerine uyan erken karanlık enerji modellerinin, LSS için bu anketlerden elde edilen verilerle eşleşmeyen tahminler vermesidir" diye yazıyor. e-posta. "Böylece, muhtemelen farklı bir teorik modele ihtiyaç duyulduğu ya da en azından erken karanlık enerji senaryosunda bir miktar değişiklik yapılması gerektiği sonucuna vardık."
Hill ve ACT meslektaşlarının az önce yayınladıkları yeni çalışmada, analizde LSS verilerini dikkate almadılar ve bunun yerine neredeyse yalnızca SPK verilerine odaklandılar. "Amaç gerçekten Planck ve ACT CMB verilerinin erken karanlık enerji bağlamında tutarlı sonuçlar verip vermediğini görmekti. Biraz farklı sonuçlar verdiklerini gördük, bu da şu anda anlamaya çalışmakta olduğumuz büyük bir bilmece. perspektif, erken karanlık enerji senaryosu için LSS sorunu çözülmemiş durumda."
Hill, "Ayrıca, (kozmolojide en kesin veri seti olarak kalan) kendi başlarına Planck verileri, erken karanlık enerji için bir tercih göstermiyor" diye açıklıyor. "Bu nedenle, erken karanlık enerji için ACT verilerinde gördüğümüz ipuçlarına rağmen, bu modelin gerçekten son hikaye olup olmayacağı konusunda temkinli davranıyorum. Bulmak için daha fazla veriye ihtiyacımız olacak."
Eğer var olsaydı, erken karanlık enerji, evrenin mevcut genişleme hızını yönlendirdiğine inanılan güce benzer olurdu. Ancak yine de teorik modelin önemli ölçüde yeniden düşünülmesini gerektirecektir.
Hill, "Temel fark, bu erken karanlık enerjinin kozmik tarihte yalnızca kısa bir süre için bir rol oynaması ve ardından 'yok olması' gerektiğidir" diyor. "Bunu başarmak için, rekombinasyondan önce evrenin genişlemesini kısaca hızlandırmak için hareket eden, ancak daha sonra hızla kaybolan ve alakasız hale gelen yeni bir alanın (teknik olarak, axion benzeri bir alanın) parçacık fiziği modellerini oluşturuyoruz."
Hill, "Buna karşın, standart karanlık enerji için mevcut öncü tablo, bunun basitçe kozmolojik bir sabit olduğu ve muhtemelen vakum enerjisinden kaynaklandığıdır," diye devam ediyor Hill. "Bu enerji formu zamanla değişmez. Bununla birlikte, standart karanlık enerjinin, henüz anlamadığımız bazı yeni temel alanlardan kaynaklanıyor olması mümkündür. Bu durumda, zamanla gelişiyor olabilir ve bu nedenle yukarıda tartışılan erken karanlık enerji modeline biraz benzerlik gösterebilir."
Hill, "Yine, bu soruları daha kesin bir şekilde araştırmak için daha fazla veriye ihtiyacımız olacak ve umarım önümüzdeki on yılda cevapları bulacağız" diyor. "Neyse ki, birçok güçlü deney yakında çevrimiçi olacak." LSS hakkında yeni bilgiler toplayacak olan Rubin Gözlemevi ve Öklid ve Roma uzay teleskoplarının yanı sıra SPK'yı inceleyecek olan Simons Gözlemevi gibi tesislerden bahsediyor . “Ne bulduğumuzu görmek çok heyecan verici olmalı” diyor.
İşte Hill'in erken karanlık enerjiyi tartıştığı bir YouTube videosu:
Starkman, kanıtlar açık ve ikna edici olmadıkça, bu tür "olağanüstü" iddialara karşı dikkatli olmanın önemli olduğunu söylüyor. Belirttiği gibi, EDE'ye karşı da kanıtlar var. "Mevcut sonuçlar, Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck uydusundan gelen kozmik mikrodalga arka planının gözlemine ilişkin iki deneysel veri seti arasındaki artan gerilimleri gösteriyor.son on yılın başlarında ve mevcut Atacama Kozmoloji Teleskobu'ndan uçtu. İlki, erken karanlık enerji fikrini desteklemiyor gibi görünüyor, ikincisi ise şimdi destekliyor. Deneyler arasındaki bu tür gerilimler yaygın ve sinir bozucu. ACT'den gelen daha fazla verinin sorunu çözeceğini söylemek cazip gelebilir, ancak tamamlanmış Planck verilerini daha fazla ACT verisi ile zorlamak Planck verilerinin neden EDE'yi desteklemediğini açıklamayacaktır. Gerginlik, öyle ya da böyle net bir vaka sağlamak için bu deneylerden birinin gözden geçirilmiş bir anlayışını gerektiriyor gibi görünüyor."
Şikago Üniversitesi'nde kozmik genişlemeyi ölçmek için çalışan astronomi ve astrofizik profesörü Wendy Freedman , çeşitli alternatif modelleri takip etmenin önemli olduğunu düşünüyor.
Lambda Soğuk Karanlık Madde (LCDM) Modeli
The Astrophysical Journal'da 17 Eylül 2021'de Hubble Constant'ta yayınlanan bu makalenin yazarı Freedman, "Şu anda standart bir kozmoloji modelimiz var, sözde lambda soğuk karanlık madde (LCDM) modeli" diye açıklıyor. bir e-posta. "Bu modelde, toplam maddenin + enerji yoğunluğunun yaklaşık 1/3'ü maddeden (çoğu karanlık maddedir) ve 2/3'ü karanlık enerjinin bir bileşeninden kaynaklanmaktadır."
Freedman, "Ancak, şu anda karanlık maddenin veya karanlık enerjinin doğasını bilmiyoruz," diye devam ediyor. "Yine de LCDM, çok geniş bir yelpazedeki farklı deney ve gözlemlere son derece iyi bir uyum sağlıyor. Bilgi düzeyimiz göz önüne alındığında, standart modeli daha fazla test etmek açıkça önemlidir. Hubble sabitinin değeri arasındaki mevcut bariz farklılık CMB'den çıkarılmıştır. ölçümler ve bazı yerel ölçümler yeni fiziğin sinyallerini veriyor olabilir. Bu yüzden lambda CDM'nin ötesindeki diğer modelleri araştırmanın önemli olduğunu söylüyorum."
Ancak Freedman önemli bir uyarı ekliyor: "Alternatif olarak, görünen tutarsızlıktan sorumlu olan ve henüz bilinmeyen bazı sistematik hatalar olabilir. Bu nedenle, mevcut Hubble sabit ölçümlerindeki belirsizlikleri azaltmak da önemlidir."
Şimdi Bu İlginç
Erken karanlık enerjinin var olduğu ortaya çıkarsa , bunu evrenin yaşının tahmini olarak hesaplamak, kozmosun şu anki 13,8 milyar yıllık tahminden 1,4 milyar yıl daha genç olmasına neden olacaktır.
