Hoogste precisiemeting van donkere energie in het universum

Astrofysici hebben tot nu toe de meest nauwkeurige berekeningen gemaakt van de hoeveelheid donkere materie en donkere energie in het universum.

De krachtige analyse, Pantheon+ genaamd, geeft de meest precieze limieten tot nu toe aan de samenstelling en evolutie van het universum, maar vergroot ook enkele discrepanties.

Een paper over de Pantheon+-studie, die werd geleid door onderzoekers van het Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in de VS, werd gepubliceerd in een speciale uitgave van de Astrofysisch tijdschrift.

Pantheon+ ontdekt dat het heelal voor ongeveer tweederde (66,2%) donkere energie en een derde (33,8%) uit materie bestaat. Van die materie is de meeste donkere materie, met ‚gewone materie‘ – die we kunnen zien en aanraken – die minder dan vijf procent van de kosmos uitmaakt.

Volgens de studie is het heelal de afgelopen miljarden jaren in een steeds sneller tempo uitgedijd.

Pantheon+ levert ondersteunend bewijs voor de heersende theorieën van de kosmologie, bekend als het ’standaardmodel van de kosmologie‘, en zet daarmee andere alternatieve kaders opzij die proberen de vreemde verschijnselen die bekend staan ​​als donkere energie en donkere materie te begrijpen. Beide zijn cruciale onderdelen van het standaardmodel van de kosmologie, maar moeten nog direct worden waargenomen.

Experimenten op zoek naar donkere materie worden momenteel gebouwd of zijn al aan de gang. Een zo’n laboratorium, genaamd de „Genius Lair“, bevindt zich in een goudmijn onder de Victoriaanse stad Stawell.


Lees meer: ​​Kwantumthermometer om temperatuur van tijd en ruimte te meten op basis van aanpassing van Einsteins relativiteitstheorie


„Met deze Pantheon+-resultaten zijn we in staat om de meest precieze beperkingen op te leggen aan de dynamiek en geschiedenis van het universum tot nu toe“, zegt hoofdauteur van de Astrofysisch tijdschrift paper, Dillon Brout, een Einstein Fellow bij het CfA. „We hebben de gegevens gecombineerd en kunnen nu met meer vertrouwen dan ooit tevoren zeggen hoe het universum is geëvolueerd en dat de huidige beste theorieën voor donkere energie en donkere materie standhouden.“

Pantheon+ is gebaseerd op een analyse van 1500 sterexplosies die type Ia-supernova’s worden genoemd.

Type Ia-supernova’s treden op wanneer witte dwergsterren – overblijfselen van middelgrote sterren zoals onze zon – een op hol geslagen thermonucleaire reactie ondergaan nadat ze te veel massa hebben verzameld.

Omdat deze explosies zo helder zijn, zijn ze te zien op afstanden van meer dan 10 miljard lichtjaar – dat is ongeveer driekwart van de totale leeftijd van het universum. Door de schijnbare helderheid van de supernova’s te meten (die dimmen naarmate ze verder weg komen), kunnen kosmologen tijd- en ruimtemarkeringen gebruiken, „roodverschuivingsmetingen“ genoemd, om te berekenen hoe snel het universum uitdijt op verschillende punten in zijn geschiedenis.

Het was een analyse uit 1998 van deze Type Ia-supernova’s die voor het eerst de uitdijende groei van het universum onthulden.

„In veel opzichten is deze nieuwste Pantheon+-analyse het resultaat van meer dan twee decennia ijverige inspanningen van waarnemers en theoretici over de hele wereld om de essentie van de kosmos te ontcijferen“, zegt dr. Adam Riess, die niet aan het Pantheon+-document heeft gewerkt. maar was een van de winnaars van de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2011 voor de ontdekking van de versnelde uitdijing van het heelal.

„Deze sprong in zowel de kwaliteit van de dataset als in ons begrip van de fysica die eraan ten grondslag ligt, zou niet mogelijk zijn geweest zonder een geweldig team van studenten en medewerkers die ijverig hadden gewerkt om elk facet van de analyse te verbeteren“, zegt Brout.



Pantheon+ geeft een zeer nauwkeurig resultaat voor de huidige uitdijingssnelheid van het heelal, bekend als de Hubble-constante. Pantheon+ resultaten werden gecombineerd met de Supernova H0 voor de Equation of State (SH0ES) samenwerking, geleid door Riess bij het berekenen van de Hubble-constante.

Pantheon+ en SH0ES vonden een Hubble-constante van 73,4 kilometer per seconde per megaparsec met slechts 1,3% onzekerheid in hun resultaat. Met andere woorden, voor elke 3,26 miljoen lichtjaar (één megaparsec) dijt het heelal in ons deel van de ruimte uit met meer dan 260.000 kilometer per uur!

Maar het is niet allemaal goed nieuws dat uit Pantheon+ komt.

Metingen van het vroegste licht in het heelal, de kosmische microgolfachtergrond en het standaardmodel van de kosmologie voorspellen een Hubble-constante in een vroeger tijdperk van het heelal die veel lager is dan die welke wordt berekend op basis van waarnemingen van Type Ia-supernova’s.

Verre van het oplossen van dit probleem, dat de „Hubble-spanning“ wordt genoemd, maken de nieuwe Pantheon + en SH0ES-gegevens de zaken erger. In feite heeft de spanning nu de belangrijke 5-sigma-drempel overschreden, die door natuurkundigen wordt gebruikt om onderscheid te maken tussen mogelijke statistische toevalstreffers en iets dat het resultaat is van echte natuurkunde.

„We dachten dat het mogelijk zou zijn om in onze dataset aanwijzingen te vinden voor een nieuwe oplossing voor deze problemen, maar in plaats daarvan ontdekken we dat onze gegevens veel van deze opties uitsluiten en dat de diepgaande discrepanties net zo hardnekkig blijven als altijd“, zegt Brout. .

Ondanks deze hoofdpijn ter grootte van een supernova voor kosmologen, biedt Pantheon+ gedurende een groot deel van zijn geschiedenis een alomvattend beeld van de evolutie van het universum.

„Hiermee krijgen we een nauwkeurig beeld van het universum vanaf de tijd dat het werd gedomineerd door donkere materie tot het moment waarop het universum werd gedomineerd door donkere energie“, legt Brout uit. „Deze dataset is een unieke kans om donkere energie te zien inschakelen en de evolutie van de kosmos op de grootste schalen door de huidige tijd heen te sturen.“

Het bestuderen van deze overdracht met meer statistisch bewijs zal hopelijk leiden tot een beter begrip van hoe donkere energie werkt.

„Pantheon+ geeft ons de beste kans tot nu toe om donkere energie, de oorsprong en de evolutie ervan in te perken“, voegt Brout toe.



Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert