Citiți mai târziu
Acțiune
Copiat!
Comentarii
Citiți mai târziu
Citiți mai târziu
Blog de abstracții

De Charlie Wood

8 septembrie 2020

Citiți mai târziu

spus Hudson

Obiectele masive pot distorsiona lumina din galaxiile îndepărtate, așa cum se vede în această ilustrație.

Sakkmesterke/Biblioteca foto științifică

Charlie Wood

8 septembrie 2020

Cosmosul începe să pară un pic ciudat. De câțiva ani încoace, cosmologii au fost tulburați de o discrepanță cu privire la cât de repede se extinde universul. Ei știu cât de repede ar trebui să meargă, bazându-se pe lumina antică din universul timpuriu, dar aparent universul modern a luat prea multă viteză - un indiciu că oamenii de știință ar fi putut trece cu vederea unul dintre ingredientele fundamentale ale universului sau vreun aspect al modului în care ingredientele se amestecă împreună.

Acum se poate forma o a doua fisură în așa-numitul model standard de cosmologie. La sfârșitul lunii iulie, oamenii de știință au anunțat că universul modern pare, de asemenea, neașteptat de subțire. Galaxiile, gazul și alte materii nu s-au adunat la fel de mult pe cât ar fi trebuit. Câteva studii anterioare au oferit sugestii similare, dar această nouă analiză a șapte ani de date reprezintă cea mai curată indicație autonomă a anomaliei de până acum.

"Dacă am avea conferințe", a spus Michael Hudson, cosmolog la Universitatea din Waterloo din Canada, care nu este implicat în cercetare, "toate discuțiile despre cafea ar fi despre aceste rezultate".

La fel ca majoritatea măsurătorilor structurii pe scară largă a universului actual, studiul este plin de dificultăți tehnice. De asemenea, este posibil, deși puțin probabil, ca rezultatele să se datoreze întâmplării. Cu toate acestea, unii cercetători se întreabă dacă tendința către măsurători din ce în ce mai funky poate prefigura descoperirea unui nou agent cosmic.

„Avem deja materie întunecată și energie întunecată”, a spus Hudson. - Sper că nu mai avem nevoie de un alt lucru întunecat.

Un alt set de clopote de alarmă

Partea dificilă a studierii universului modern este că este în mare parte invizibil. Astronomii surprind imaginea de ansamblu în locurile în care galaxiile se adună în grupuri strălucitoare. Dar rămân în mare măsură incapabili să perceapă firele slabe de gaz care țes aceste noduri împreună într-o vastă rețea cosmică. Mai rău, majoritatea cred că aceste galaxii și urme de gaz sunt puțin mai mult decât beteală decorativă pe un cadru robust de „materie întunecată” invizibilă, care alcătuiește cea mai mare parte a volumului universului.

Noul sondaj este cea mai rafinată punere în aplicare a unei tehnici de dezvăluire a nevăzutului. Pe măsură ce lumina dintr-o galaxie îndepărtată se îndreaptă spre Pământ, trece pe lângă fibrile de materie întunecată și norii slabi de gaz. Aceste pete groase trag lumina gravitațional, punându-i în cale. Până când lumina îndepărtată a galaxiei ajunge la un telescop terestru, aceasta este subtil distorsionată - poate zdrobită într-o elipsă exagerată. Astronomii încearcă apoi să mapeze materia întunecată invizibilă măsurând distorsiunile statistice în formele unui număr uriaș de galaxii îndepărtate pe o vastă zonă de cer.

În noua cercetare, membrii Kilo-Degree Survey, sau KiDS, au observat aproximativ 31 de milioane de galaxii de la până la 10 miliarde de ani lumină distanță. Apoi au folosit aceste observații pentru a calcula distribuțiile medii ale gazelor ascunse ale universului și ale materiei întunecate. Au descoperit aglomerări care sunt cu aproape 10% mai subțiri decât prognozele din modelul cosmologic stabilit, cunoscut sub numele de substanță întunecată rece Lambda sau ΛCDM.

Din punct de vedere statistic, diferența este de așa natură încât șansele ca datele suplimentare să fie spălate sunt de aproximativ 1 din 1.400 - departe de standardul strict al domeniului de 1 din 1,7 milioane, dar suficient de substanțiale pentru a întoarce capul. „Această tensiune este acum la nivelul cel puțin fascinant sau tentant”, a spus Marika Asgari, cosmologă la Universitatea din Edinburgh și membră a KiDS.

Mai mult, alte măsurători independente susțin constatarea că universul contemporan pare prea subțire. "Acesta este un alt set de clopote de alarmă", a spus Hudson.

Hudson a încercat să descifreze universul ascuns urmărind modul în care galaxiile derivă pe curenții cosmici. Dacă materia ar fi perfect distribuită într-o ceață fină, expansiunea universului ar împinge toate obiectele fără probleme într-o mișcare în derivă cunoscută sub numele de fluxul Hubble. Dar universul este plin de goluri și superclusere bogate în materie întunecată. Extragerea gravitațională a supergrupurilor atrage galaxiile mai aproape, în timp ce golurile le lasă să zboare liber. Măsurând „viteza specifică” a supernovelor - cât de mult se îndepărtează de fluxul lor local Hubble - Hudson și colaboratorii săi își creează propriile hărți ale masei ascunse a cosmosului.

Primul său indiciu că universul nu s-a aglomerat suficient a venit în 2015, iar hărțile ulterioare ale vitezei au prezentat aceeași netezime îngrijorătoare. Hudson și colaboratorii săi au publicat lucrări în iulie care deduc o lipsă anormală de aglomerare aproape la fel de puternică ca ceea ce a găsit KiDS.

Mai mult decât atât, în ultimii opt ani, cel puțin o duzină de sondaje folosind diferite tehnici au găsit un univers actual cel puțin puțin prea subțire. Fiecare studiu are doar o semnificație mică, dar unii cosmologi sunt tot mai suspicioși că toate măsurătorile cad sub previziunea teoretică, mai degrabă decât să se împrăștie uniform în jurul său.

„Când începeți să vedeți același lucru într-o grămadă de seturi de date diferite”, a spus Hudson, „credeți că acest lucru vă spune cu adevărat ceva”.

Anomalii contradictorii

Dacă acesta este un mesaj din univers, semnificația acestuia rămâne neclară. Modelul standard al cosmologiei se potrivește atât de bine cu observațiile, încât teoreticienii nu pot adăuga doar piese noi, vrând-nevrând. Cele mai precise măsurători ale universului timpuriu provin din colaborarea Planck, care și-a publicat rezultatele finale în 2018. „Este greu să creezi ceva nou care să nu-l rupă pe Planck”, a declarat Daniel Scolnic, cosmolog la Universitatea Duke care studiază rate de expansiune.

Dar cămașa de forță Planck are câteva catarame libere, cu care teoreticienii s-au jucat de ani de zile, căutând o modalitate de a explica expansiunea rapidă neașteptat.

Acum caută să îndeplinească două sarcini contradictorii. Pentru a rezolva problema inițială a universului în expansiune, ei au nevoie de un fenomen care să dea universului o lovitură suplimentară spre exterior. Dar pentru a rezolva noua anomalie, ei trebuie să slăbească influența gravitațională care face ca universul să se aglomereze. Când puneți cele două probleme laolaltă, a spus Julien Lesgourgues, cosmolog teoretic la Universitatea RWTH Aachen din Germania și membru al colaborării Planck, „devine un coșmar să găsești o explicație pentru ambele”.

De exemplu, pentru a începe expansiunea, unii teoreticieni au încercat să adauge „radiații întunecate” universului timpuriu. Dar trebuie să echilibreze această radiație suplimentară cu materie suplimentară, care ar fi îngroșat universul. Deci, pentru a ajunge la universul pe care îl vedem, ei trebuie să inventeze interacțiuni suplimentare între diferitele ingrediente întunecate pentru a obține subțire dorită.

O altă posibilitate este că materia întunecată, care aglomerează universul, se transformă în energie întunecată, care o separă. Sau poate Pământul stă într-un gol vast, distorsionând observațiile noastre. Sau cele două anomalii ar putea fi fără legătură. „Nu am văzut nimic convingător”, a spus Hudson, „dar dacă aș fi teoretician, aș fi foarte încântat chiar acum”.

Una sau ambele tensiuni ar putea să se topească în continuare cu mai multe date. KiDS este unul dintre cele trei sondaje slabe de lentile gravitaționale în curs de desfășurare, alături de sondajul internațional privind energia întunecată din Chile și Hyper Suprime-Cam din Japonia la telescopul Subaru din Hawaii. Fiecare scanează diferite regiuni ale cerului, la adâncimi diferite. Rezultatele celei mai recente campanii Dark Energy Survey, care au acoperit o suprafață de cer de cinci ori mai mare decât cea a KiDS, vor fi publicate în următoarele luni. „Toată lumea așteaptă asta”, a spus Scolnic. „Acesta este următorul lucru important în cosmologie”.

Michael Troxel de la Universitatea Duke, care lucrează slab cu lentile gravitaționale pentru Dark Energy Survey, a lăudat echipa KiDS pentru că a împins tehnica la noi culmi de precizie și pentru că a acoperit o cantitate de cer fără precedent. Dar a subliniat, de asemenea, că un munte de provocări tehnice face dificilă citirea prea profundă într-o singură măsurătoare. La o distanță de miliarde de ani lumină, galaxiile apar ca simpli pixeli, complicând analiza formelor lor. Cercetătorii trebuie, de asemenea, să știe cât de departe este fiecare galaxie, iar tratamentul lor asupra incertitudinilor care însoțesc aceste distanțe poate fie să înmoaie, fie să exagereze tensiunea.

„Nu aș pune încă bani pe locul în care va sta valoarea finală”, a spus Troxel.