Eine neue Analyse von mehr als 1.500 Supernovae hat Messungen der Dunklen Materie und Dunklen Energie, die unser Universum durchdringen, mit neuer Präzision versehen.
Laut der Forschung bestehen etwa zwei Drittel des Kosmos (66,2 %) aus dunkler Energie und das restliche Drittel (33,8 %) aus Materie. Fast alle Materie wird „dunkel“ genannt, was bedeutet, dass wir sie nicht wirklich sehen können – wir wissen nur, dass sie da ist, weil wir ihre Gravitationswirkung messen können. Die normale Materie, die wir berühren und sehen können, macht weniger als 5 % des Universums aus. Die Analyse des Teams mit dem Namen Pantheon+ ist veröffentlicht heute im Astrophysical Journal.
Die Ergebnisse haben auch Auswirkungen auf die Messungen der Hubble-Konstante durch Astrophysiker, die Zahl, die die Expansionsrate des Universums beschreibt. Diese Zahl war lange Zeit ein Rätsel, denn sie ändert sich erheblich je nachdem, ob Sie es lokal oder im kosmischen Maßstab messen.
„Wir haben dunkle Energie genauer denn je auf die führende Theorie, die kosmologische Konstante, festgenagelt, die darauf hindeutet, dass sich das Universum so verhält, wie es durch die einfachste Theorie erklärt werden kann“, sagte Dillon Brout, Astrophysiker und Einstein Fellow am Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian und der Hauptautor der Veröffentlichung. „Im Prinzip ist das großartig, aber unser gleicher Datensatz bringt auch die Hubble-Spannung auf ein neues Niveau.“ Mehr zu dieser Spannung gleich.
Materie ist alles Zeug im Universum; Dunkle Materie ist die unbekannte Masse im Universum, die wir nicht direkt beobachten können, die sich aber in ihren Gravitationseffekten zeigt. Zu den Kandidaten für Dunkle Materie gehören Axionen, WIMPs und andere subatomare Teilchen– es könnte auch eine Kombination dieser theoretisierten Massen sein oder etwas ganz anderes. Dunkle Energie (ähnlich benannt, weil wir nicht genau wissen, woraus sie besteht) treibt die beschleunigte Expansion des Universums an.
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Pantheon+ untersuchte die Geschwindigkeit der Expansion des Universums anhand von Supernovae vom Typ Ia, den heftigen Explosionen, die das Ende des Lebens von Sternen markieren. Astrophysiker können die scheinbare Helligkeit und Rotverschiebung dieser Supernovae nutzen, um herauszufinden, wie schnell sich das Universum in verschiedenen Perioden seiner Existenz ausgedehnt hat.
Pantheon+ baut auf Pantheon auf, selbst eine Analyse von etwa 1.000 Supernovae. Die neue Arbeit ist doppelt so genau wie die ursprünglichen Pantheon-Daten. Das Team kombinierte auch seine Pantheon+-Ergebnisse mit Messungen der Struktur des Universums und seines ältesten Lichts, des kosmischen Mikrowellenhintergrunds.
Supernovae vom Typ Ia gehören zu den hellsten Ereignissen im Universum und können ganze Galaxien überstrahlen. Einige dieser Supernovae ereigneten sich im sehr weit entfernten Universum, was bedeutet, dass sie stärker rotverschoben sind. Wenn sich das Universum ausdehnt, dehnt es das Licht aus, das durch es hindurchgeht; Zu dem Zeitpunkt, an dem das Licht die Erde erreicht, sieht es röter aus (mit einer längeren Wellenlänge) als zu dem Zeitpunkt, als es emittiert wurde.
Das Team kombinierte die Pantheon+-Daten mit Daten von SH0ES, einer Zusammenarbeit, die Supernovae-Daten zur Berechnung des Lokalen verwendet Hubble-Konstante oder wie schnell das Universum zu sein scheint erweitern. Zusammengenommen ergaben die Daten eine Konstante von 45,61 Meilen (73,4 km) pro Sekunde pro Megaparsec. Dies unterscheidet sich immer noch von der Hubble-Konstante, die anhand des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, dem ältesten Licht im Universum, berechnet wird. Diese Diskrepanz zwischen lokalen und entfernten Messungen ist das, was Brout als „Hubble-Spannung.“
Der neue Befund erhöht die Gewissheit um die Spannung zu a 5-Sigma Schwelle, was bedeutet, es gibt nur etwa a Eins-zu-einer-Million-Chance, dass die langjährige Diskrepanz in den Messungen der Hubble-Konstante ist nur ein Zufall.
Die Pantheon+-Daten decken das ab, was Brout beschreibt als das „späte“ Universum bezeichnet werden, was bedeutet, dass die in die Analyse einbezogenen Supernovae von vor etwa 10 Milliarden Jahren bis heute datieren. Einige aktuelle Theorien zum Schließen der Lücke zwischen den beiden Hubble Zahlen beinhalten die Untersuchung der ältesten Physik im Universum, unter Verwendung von Lichtquellen wie die vom Webb-Weltraumteleskop gesehen wurden.
Glücklicherweise, sagte Brout, Es gibt Instrumente am Horizont, die „eine Flutwelle von Supernovae einleiten und das aktuelle Pantheon+-Sample in den Schatten stellen werden“. Die wichtigsten unter ihnen sind die Vera Rubin LSST-Kamera (die Gizmodo besucht hat letzten Oktober und soll Anfang 2023 fertiggestellt werden) und das römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA, das Mitte der 2020er Jahre starten soll.
Für die Messung der Hubble-Konstante wäre es eine große Hilfe, Daten über eine nahe Supernova zu erfassen – was bedeutet, darauf zu warten, dass ein naher Stern stirbt. Wenn das passiert, kann eine neue Technologie wie das Webb-Teleskop es schnell in den Infrarot- und Nahinfrarot-Wellenlängen abbilden. Diese Messungen werden Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie der Staub, der Supernovae umgibt, Fehler in astrophysikalischen Berechnungen verursachen kann, wodurch die Genauigkeit der Hubble-Konstantenmessungen verbessert wird.
Forschung so sollte uns das Geheimnis der dunklen Energie und der dunklen Materie endlich näher bringen – allerdings für nui, wir sind immer noch ratlos.
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