עצום אם נכון: מסתכל עמוק יותר לתוך מחקר פצצה שטוען שאנרגיה אפלה לא קיימת

(קרדיט: צילום מאת אנדראס פאפאדופולוס)

על ידי התבוננות באור מכוכבים מתפוצצים רחוקים הנקראים סופרנובות, בשנת 1998 גילו אסטרונומים שהיקום לא רק מתרחב -. אבל מה עומד מאחורי התאוצה הזו?

הכנס לאנרגיה אפלה. זהו אחד מחלקי הפאזל החסרים השנויים והמסקרנים ביותר של הפיזיקה המודרנית - צורה מסתורית של אנרגיה שמאמינים שהיא מחלחלת באופן אחיד את כל החלל. במודל המקובל ביותר הנוכחי של הקוסמולוגיה המודרנית, אנרגיה אפלה היא המניעה את ההתפשטות המואצת של היקום.

אבל מה אם יש הסבר אחר שאינו כרוך באנרגיה אפלה? אמרמזי סופרנובות אולי אכן יש אחת כזו, והיא נקראת מודל Timescape.

ממצא זה יכול לאתגר עמוקות את הבנתנו את הקוסמוס, אז בואו נצלול פנימה.

המחשה של מותו של כוכב ענק.נאס"א/מרכז טיסות החלל גודארד/דנה ברי

מהי אנרגיה אפלה?

עמוד השדרה של הקוסמולוגיה המודרנית הוא דגם Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM). הוא מתאר יקום שבו אנרגיה אפלה - המסומנת ב-Λ, האות היוונית למבדה - היא המנגנון המניע מאחורי ההתפשטות המואצת של היקום.

לפי המודל הזה, גלקסיות רוקדות יחד תחת השפעת בלתי נראהרשת עשויה מחלקיקים כבדים שאינם מקיימים אינטראקציה עם שום דבר. ניתן לראות את ההשפעות של החומר האפל הקר הזה רק באמצעות כוח הכבידה.

ציר זמן של היקום, לפי מודל Lambda-CDM.צוות המדע של נאס"א/LAMBDA/WMAP

אנרגיה אפלה מהווה כמעט 70% מתקציב האנרגיה הכולל של היקום, אך טבעה המדויק נותר אחת התעלומות הגדולות בפיזיקה.

כמה פרשנויות מציעות שאנרגיה אפלה יכולה להיותקשור לאנרגיה של הוואקום, בעוד שמחקרים אחרים ניסו לתאר אותו כחדש, מתפתחשדה אנרגיהפרוסים על פני החלל.

ומחקר שנערך לאחרונה משיתוף הפעולה הבינלאומי של DESIהעוקב אחר התפשטות היקום נרמזהאנרגיה האפלה עשויה להיחלשלאורך זמן.

ייתכן גם שתורת הכבידה הנוכחית שלנו (תורת היחסות הכללית של איינשטיין) אינה שלמה. אולי זה דורש הרחבה כדי לתאר אינטראקציה כבידה בקנה מידה קוסמולוגי - מרחקים בסדר גודל של מיליונים עד מיליארדי שנות אור.

מהו מודל Timescape?

חומר - חומר אפל, גז, גלקסיות,ואשכולות-על - אינם מפוזרים באופן אחיד ברחבי הקוסמוס.

אבל עבור מודל Lambda-CDM, אנו מניחים שהיקום הוא הומוגני ואיזוטרופי. משמעות הדבר היא שבסולמות קוסמיים, התפלגות החומר נראית חלקה ואחידה. כל גושים ופערים שאנו עשויים למצוא יכולים להיחשב כחסרי משמעות בשל קנה המידה הגדול של הדבר כולו.

לעומת זאת, מודל Timescape לוקח בחשבון את ההתפלגות הלא אחידה של החומר. זה מרמז שהרשת הקוסמית המורכבת שלנו - המורכבת מגלקסיות, צבירים, חוטים וחללים קוסמיים עצומים - משפיעה ישירות על האופן שבו אנו מפרשים את התפשטות היקום.

זה אומראינו נמתח באופן שווה.

לפי מודל Timescape, קצב ההתפשטות של היקום משתנה בין אזורים שונים, בהתאם למידת הצפיפות שלהם. הפרמטר המרכזי במודל Timescape הוא "שבר החלל": הוא מכמת את שיעור החלל שנכבש על ידי הרחבת החללים.

כוח הכבידה מכתיב שהחללים מתרחבים מהר יותר מאשר אזורים צפופים יותר - יש להם פחות חומר לעצור אותם, מה שמאפשר לחלל להימתח יותר בחופשיות. זה יוצר אפקט ממוצע שיכול לחקות את ההתרחבות המואצת המיוחסת לאנרגיה אפלה ב- Lambda-CDM.

בקיצור, מודל Timescape מציע שזה יכול רקלְהוֹפִיעַלנו שהתפשטות היקום מואצת. מהירות ההתפשטות תלויה במקום שבו אתה נמצא ביקום.

מה מצא המחקר?

מחברי המחקר החדש בחנו את אחד האוספים הגדולים ביותר של סופרנובות מסוג Ia, הנקרא מערך הנתונים של Pantheon+. הסופרנובות האלההם תקן אמיןמשמש לבדיקת מודלים קוסמולוגיים.

הצוות השווה בין שני דגמים עיקריים: Lambda-CDM הסטנדרטי (מתכון ה"וניל" שלנו של היקום), ודגם Timescape.

כאשר מסתכלים על סופרנובות בהירות בקרבת מקום, מודל Timescape הסביר דברים טוב יותר מהדגם הסטנדרטי שלנו. עם זאת, זה היה רק ​​סטטיסטי, כאשר הניתוח הסטטיסטי הראה העדפה "חזקה מאוד".

גם כשבדקו יותר, שבו הדברים צריכים להתפזר בצורה שווה יותר, Timescape עדיין החזיקה מעמד מעט טוב יותר מהדגם הרגיל.

הטייק אווי? מודל Timescape, המתמקד כיצד "גושים ופערים" קוסמיים משנים את הדרך בה אנו רואים את היקום גדל, עשוי להיות טוב יותר בללכוד את הטבע האמיתי של התפשטות היקום שלנו. זה יהיה כך במיוחד עבור היקום הקרוב - יש לנו הרבה חללים וחוטים בקרבתנו, מה שישפיע על האופן שבו אנו רואים את ההתפשטות.

עד כמה חזקות הראיות, אם כך?

יש אזהרות חשובות. הניתוח לא מתייחס למהירויות מוזרות - תנועות קטנות ואקראיות של גלקסיות שיכולות להשפיע על מדידות הסופרנובה. הם גם לא מתחשביםהטיה של מלמקוויסט, כאשר סופרנובות בהירות יותר נוטות להיכלל בנתונים פשוט כי קל יותר לזהות אותן.

מקורות שגיאה פוטנציאליים אלה עלולים להשפיע קשות על התוצאות שלהם. בנוסף, המחקר לא השתמש בגרסה העדכנית ביותרמערך נתונים של DES5yrשל סופרנובות. זה יותר עקבי ואחיד באיסוף הנתונים שלו מאשר Pantheon+, מה שעשוי להפוך אותו לאמין יותר להשוואה.

יש דברים נוספים מלבד סופרנובות שמגבות כיום את דגם Lambda-CDM, בעיקרתנודות אקוסטיות באריוןועדשת כבידה. עבודה עתידית תצטרך לשלב את אלה במודל Timescape.

אבל עם המחקר החדש הזה, מודל Timescape מציע אלטרנטיבה מסקרנת ל- Lambda-CDM. השורה התחתונה היא שהתאוצה של היקום שלנו היא אשליה הנובעת מהתפלגות לא אחידה של חומר עם חללים קוסמיים גדולים שמתרחבים מהר יותר מאזורים צפופים יותר.

אם יאושר, זה יייצג שינוי פרדיגמה מהפכני בקוסמולוגיה.

The Conversation הוא ארגון חדשות ללא מטרות רווח המוקדש לפתיחת הידע של מומחים אקדמיים לציבור. צוות ה-Conversation של 21 עורכים עובד עם חוקרים כדי לעזור להם להסביר את עבודתם בצורה ברורה וללא ז'רגון.