Die heelal het geblyk verkeerd te wees

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Kosmoloë word gekonfronteer met 'n ernstige wetenskaplike probleem, wat dui op die onvolmaaktheid van menslike kennis oor die Heelal. Die kompleksiteit gaan oor so 'n skynbaar onbenullige ding soos die uitbreidingskoers van die Heelal. Die feit is dat verskillende metodes verskillende betekenisse aandui – en tot dusver kan niemand die vreemde teenstrydigheid verklaar nie.

Kosmiese misterie

Tans beskryf die standaard kosmologiese model "Lambda-CDM" (ΛCDM) die evolusie en struktuur van die heelal die akkuraatste. Volgens hierdie model het die heelal 'n positiewe kosmologiese konstante wat nie nul is nie (lambda-term) wat versnelde uitsetting veroorsaak. Daarbenewens verduidelik ΛCDM die waargenome struktuur van die CMB (kosmiese mikrogolfagtergrond), die verspreiding van sterrestelsels in die Heelal, die oorvloed van waterstof en ander ligatome, en die einste tempo van vakuumuitsetting. 'n Ernstige teenstrydigheid in die uitbreidingstempo kan egter die behoefte aan 'n radikale verandering in die model aandui.

Die teoretiese fisikus Vivian Poulin van die Franse Nasionale Sentrum vir Wetenskaplike Navorsing en die Laboratorium vir die Heelal en Deeltjies in Montpellier voer aan dat dit die volgende beteken: iets belangriks het in die jong heelal gebeur waarvan ons nog nie weet nie. Miskien was dit 'n verskynsel wat verband hou met 'n onbekende tipe donker energie of 'n nuwe soort subatomiese deeltjies. As die model dit in ag neem, sal die teenstrydigheid verdwyn.

Op die rand van 'n krisis

Een van die maniere om die tempo van uitbreiding van die Heelal te bepaal, is om die mikrogolfagtergrond te bestudeer - die oorblyfselstraling wat 380 duisend jaar na die Oerknal ontstaan het. ΛCDM kan gebruik word om die Hubble-konstante af te lei deur groot fluktuasies in die CMB te meet. Dit blyk gelyk te wees aan 67, 4 kilometer per sekonde vir elke megaparsek, of sowat drie miljoen ligjare (teen so 'n spoed divergeer voorwerpe op 'n gepaste afstand van mekaar af). In hierdie geval is die fout slegs 0,5 kilometer per sekonde per megaparsek.

As ons omtrent dieselfde waarde kry deur 'n ander metode te gebruik, sal dit die geldigheid van die standaard kosmologiese model bevestig. Wetenskaplikes het die oënskynlike helderheid van standaard kerse gemeet - voorwerpe waarvan die helderheid altyd bekend is. Sulke voorwerpe is byvoorbeeld tipe Ia-supernovas – witdwerge wat nie meer materie van groot metgeselsterre kan absorbeer nie en ontplof. Deur die oënskynlike helderheid van standaard kerse, kan jy die afstand na hulle bepaal. In parallel kan jy die rooiverskuiwing van supernovas meet, dit wil sê die verskuiwing van golflengtes van lig na die rooi gebied van die spektrum. Hoe groter die rooiverskuiwing, hoe groter is die spoed waarteen die voorwerp van die waarnemer verwyder word.

Dit word dus moontlik om die tempo van uitbreiding van die heelal te bepaal, wat in hierdie geval gelyk is aan 74 kilometer per sekonde vir elke megaparsek. Dit stem nie ooreen met die waardes wat uit die ΛCDM verkry is nie. Dit is egter onwaarskynlik dat 'n meetfout die teenstrydigheid kan verklaar.

Volgens David Gross van die Kavli Instituut vir Teoretiese Fisika aan die Universiteit van Kalifornië, Santa Barbara, in deeltjiefisika, sou so 'n teenstrydigheid nie 'n probleem genoem word nie, maar 'n krisis. 'n Aantal wetenskaplikes het egter nie met hierdie beoordeling saamgestem nie. Die situasie is gekompliseer deur 'n ander metode, wat ook gebaseer is op die studie van die vroeë Heelal, naamlik barioniese akoestiese ossillasies - ossillasies in die digtheid van sigbare materie wat die vroeë Heelal vul. Hierdie vibrasies word deur plasma akoestiese golwe veroorsaak en is altyd van bekende afmetings, wat hulle soos standaard kerse laat lyk. Gekombineer met ander metings, gee hulle die Hubble-konstante in ooreenstemming met ΛCDM.

Nuwe model

Daar is 'n moontlikheid dat wetenskaplikes 'n fout gemaak het met die gebruik van Tipe Ia-supernovas. Om die afstand na 'n verafgeleë voorwerp te bepaal, moet jy 'n afstandleer bou.

Die eerste trap van hierdie leer is die Cepheïede - veranderlike sterre met 'n presiese tydperk-helderheid-verwantskap. Cepheide kan gebruik word om die afstand na die naaste tipe Ia supernovas te bepaal. In een van die studies, in plaas van Cepheïede, is rooi reuse gebruik, wat op 'n sekere stadium van die lewe maksimum helderheid bereik - dit is dieselfde vir alle rooi reuse.

Gevolglik was die Hubble-konstante 69,8 kilometer per sekonde per megaparsek. Daar is geen krisis nie, sê Wendy Freedman van die Universiteit van Chicago, een van die skrywers van die koerant.

Maar hierdie stelling is ook in twyfel getrek. Die H0LiCOW-samewerking het die Hubble-konstante gemeet deur gravitasielens te gebruik, 'n effek wat plaasvind wanneer 'n massiewe liggaam strale van 'n verafgeleë voorwerp agter dit buig. Laasgenoemde kan kwasars wees - die kerne van aktiewe sterrestelsels wat deur 'n supermassiewe swart gat gevoed word. Weens gravitasielense kan verskeie beelde van een kwasar gelyktydig verskyn. Deur die flikkering van hierdie beelde te meet, het wetenskaplikes 'n bygewerkte Hubble-konstante van 73,3 kilometer per sekonde per megaparsek afgelei. Terselfdertyd het wetenskaplikes tot op die laaste nie die moontlike resultaat geken nie, wat die moontlikheid van bedrog uitsluit.

Die resultaat van die meting van die Hubble-konstante vanaf natuurlike masers wat gevorm word wanneer gas om 'n swart gat roteer, was 74 kilometer per sekonde per megaparsek. Ander metodes het 76,5 en 73,6 kilometer per sekonde per megaparsek gegee. Probleme ontstaan ook met die meting van die verspreiding van materie in die Heelal, aangesien gravitasielensing 'n ander waarde gee in vergelyking met metings van die mikrogolfagtergrond.

As dit blyk dat die teenstrydigheid nie te wyte is aan meetfoute nie, sal 'n nuwe teorie vereis word om al die data wat tans beskikbaar is, te verduidelik. Een moontlike oplossing is om die hoeveelheid donker energie te verander wat die versnelde uitbreiding van die heelal veroorsaak. Alhoewel die meeste wetenskaplikes ten gunste is daarvan om te doen sonder om fisika op te dateer, bly die probleem onopgelos.