Теперь мы на шаг ближе к пониманию темной энергии

Я — один из более чем 100 ученых, помогавших подготовить окончательные результаты измерений DES, которые были опубликованы на 243-м заседании Американского астрономического общества в Новом Орлеане.

По оценкам, темная энергия составляет около 70% наблюдаемой Вселенной, но мы до сих пор не понимаем, что это такое. Хотя ее природа остается загадочной, влияние темной энергии ощущается в огромных масштабах. Ее основной эффект заключается в ускорении расширения Вселенной.

Сообщение, сделанное в Новом Орлеане, может приблизить нас к лучшему пониманию этой формы энергии.

Кроме всего прочего, это дает нам возможность проверить наши наблюдения на соответствие идее, называемой космологической постоянной, которая была введена Альбертом Эйнштейном в 1917 году как способ противодействия эффектам гравитации в его уравнениях для создания Вселенной, которая не расширяется и не сжимается. . Позднее Эйнштейн исключил это значение из своих расчетов.

Однако позже космологи обнаружили, что Вселенная не только расширяется, но и ускоряется. Это наблюдение было приписано загадочной величине, названной темной энергией.

Концепция Эйнштейна о космологической постоянной могла бы объяснить темную энергию, если бы она имела положительное значение (что позволило бы ей соответствовать ускоряющемуся расширению космоса).

Результаты исследования DES являются кульминацией десятилетий работы исследователей по всему миру и представляют собой одно из лучших измерений неуловимого параметра под названием «w», который обозначает «уравнение состояния» темной энергии. С момента открытия темной энергии в 1998 году значение ее уравнения состояния стало фундаментальным вопросом, авито.кг.

Это состояние описывает соотношение давления и плотности энергии материи. Все во Вселенной имеет уравнение состояния.

Его значение говорит о том, является ли вещество газообразным, релятивистским (описываемым теорией относительности Эйнштейна) или нет, или же оно ведет себя как жидкость. Выяснение этого числа — первый шаг к пониманию истинной природы темной энергии.

Согласно нашей лучшей теории для w предсказано, что оно должно быть ровно минус один (w=-1). Из этого предсказания также следует, что темная энергия — это космологическая постоянная, предложенная Эйнштейном.

Подрыв ожиданий

Уравнение состояния минус один говорит нам, что с увеличением плотности энергии темной энергии растет и отрицательное давление. Чем больше плотность энергии во Вселенной, тем сильнее отталкивание — другими словами, столкновение материи с другой материей.

Это приводит к тому, что Вселенная постоянно расширяется и ускоряется. Это может показаться немного странным, поскольку противоречит всему, что мы наблюдаем на Земле. В работе используется самый прямой измеритель истории расширения Вселенной: сверхновые типа Ia.

Они представляют собой разновидность звездных взрывов и служат своеобразным космическим мерилом, позволяющим измерить поразительно большие расстояния во Вселенной. Затем эти расстояния можно сравнить с нашими ожиданиями.

Это тот же метод, который использовался для обнаружения существования темной энергии 25 лет назад. Разница теперь заключается в размере и качестве нашей выборки сверхновых.

Используя новые методы, команда DES получила в 20 раз больше данных по широкому диапазону расстояний. Это позволяет провести одно из самых точных измерений w, дающее значение -0,8.

На первый взгляд, это не то значение минус один, которое мы предсказывали. Это может указывать на то, что она не является космологической константой. Тем не менее, неопределенность в этом измерении достаточно велика, чтобы допустить минус один с вероятностью 5 % или с коэффициентом 20 к 1. Этот уровень неопределенности все еще не достаточно хорош, чтобы утверждать то или иное, но это отличное начало.

Обнаружение субатомной частицы бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере в 2012 году требовало вероятности ошибки миллион к одному. Однако это измерение может означать конец моделей «Большого взрыва», уравнения состояния которых отрицательнее единицы.

В таких моделях Вселенная расширялась бы бесконечно быстрее и быстрее, в конце концов разрывая галактики, планетарные системы и даже само пространство-время. Какое облегчение.

Как обычно, ученым нужно больше данных, и эти планы уже реализуются. Результаты DES позволяют предположить, что наши новые методы пригодятся для будущих экспериментов со сверхновыми в рамках миссии ЕКА «Эвклид» (запуск в июле 2023 года) и новой обсерватории имени Веры Рубин в Чили.

В ближайшее время телескоп этой обсерватории сделает первый снимок неба после строительства, что даст представление о ее возможностях.

Телескопы нового поколения смогут обнаружить еще тысячи сверхновых, что поможет нам провести новые измерения уравнения состояния и пролить еще больше света на природу темной энергии.

Роберт Никол, профессиональный вице-канцлер и исполнительный декан Университета Суррея.