Warum die neuesten Berechnungen von Wissenschaftlern zu Dunkler Materie und Dunkler Energie eine große Sache sind

1998 Wissenschaftler stolperte über eine überraschende kosmische Wahrheit. Sie erkannten, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt, sondern es scheint auch so zu sein Beschleunigung wie die Jahre vergehen, beschleunigt von einer Kraft, die wir nicht sehen können.

Dieser mysteriöse Einfluss wurde bald als dunkle Energie bekannt, eines der größten Rätsel der Physik.

Es würde den ebenso, wenn nicht sogar noch verwirrenderen Aspekt unseres Universums namens Dunkle Materie ergänzen, ein pauschales Konzept für Wissenschaftler 1933 erstmals nachgewiesen um zu beschreiben, was die verborgenen, haloartigen Barrieren ausmacht, die verhindern, dass Galaxien einfach auseinanderfallen. (Eine weitere Kraft, die wir mit menschlichen Augen nicht ergründen können.)

Aber obwohl wir die schwer fassbare Natur dunkler Materie und dunkler Energie nicht mit dem Sehen erfassen können, sind wir in der Lage, sie mit Mathematik zu messen. Und am Mittwoch, in eine Reihe von Artikeln im Astrophysical Journalgelang es Astrophysikern, die zu platzieren noch die genauesten Grenzen über die Zusammensetzung und Entwicklung unseres Universums – einschließlich des dunklen Universums.

Mit einem leistungsstarken Analysemechanismus namens Pantheon+ fand das Team heraus, dass der Kosmos zu etwa zwei Dritteln aus dunkler Energie und zu einem Drittel aus Materie besteht, hauptsächlich in Form von dunkler Materie. Genauer gesagt vermuten sie, dass sich 66,2 % des Universums als dunkle Energie manifestieren, während die restlichen 33,8 % sowohl dunkler als auch sichtbarer Materie angehören.

Noch aufregender als das Ergebnis von Pantheon+ könnte die verblüffende Art und Weise sein, wie es funktioniert. Kurz gesagt, das Team nutzte eine Reihe leistungsstarker, kosmischer Taschenlampen, um in die Vergangenheit zu blicken und den Inhalt des Universums so zu dokumentieren, wie er vor mehr als 10 Milliarden Jahren aussah.

Mit „Taschenlampen“ meine ich Supernovae vom Typ 1a.

Diese Sternexplosionen sind so hell, dass sie ganze Galaxien überstrahlen und daher aus Entfernungen von Milliarden Lichtjahren von der Erde zu sehen sind. Sie sind wie Taschenlampen, aber anstatt einen langen Flur zu beleuchten, beleuchten sie den unendlichen Tunnel von Raum und Zeit. Tatsächlich sind sie entscheidend für die Entdeckung des dunklen Universums und helfen dabei, die Existenz der dunklen Materie im Jahr 1933 und der dunklen Energie im Jahr 1998 aufzudecken.

Pantheon+ brachte die Dinge auf die nächste Stufe. Die Wissenschaftler hinter der Analyse konzentrierten sich auf mehr als 1.500 Supernovae, die zusammen etwa drei Viertel des bekannten Universums erhellen. Wow, in der Tat.

„Mit diesem kombinierten Pantheon+-Datensatz erhalten wir eine genaue Ansicht des Universums von der Zeit, als es von dunkler Materie dominiert wurde, bis zu der Zeit, als das Universum von dunkler Energie dominiert wurde“, sagte Dillon Brout, Astronom am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, sagte in einer Erklärung.

„Dieser Datensatz ist eine einzigartige Gelegenheit, zu sehen, wie sich dunkle Energie einschaltet und die Evolution des Kosmos in den größten Maßstäben bis in die Gegenwart vorantreibt“, sagte Brout.

Dies könnte einige wissenschaftliche Debatten beilegen

Auf der anderen Seite ist das Vermächtnis von Pantheon+ bereit, das dunkle Universum zu überwinden.

Als zusätzlichen Bonus bestätigte das Analysetool auch, dass sich der Kosmos wirklich in einem immer schnelleren Tempo ausdehnt, und Es bot äußerst vielversprechende Beweise zur Unterstützung eines Eckpfeilers des wissenschaftlichen Denkens: Das Standardmodell der Teilchenphysik.

Dieser Rahmen umreißt ziemlich genau, wie sich jedes einzelne bekannte Teilchen unabhängig und untereinander verhält, und dient sogar als Grundlage für viele führende Theorien darüber, worum es im dunklen Universum wirklich geht.

„Wir sind in der Lage, die Dynamik und Geschichte des Universums bis heute am genauesten einzuschränken“, sagte Brout. „Wir haben die Daten durchkämmt und können jetzt mit mehr Zuversicht als je zuvor sagen, wie sich das Universum im Laufe der Äonen entwickelt hat und dass die derzeit besten Theorien für dunkle Energie und dunkle Materie Bestand haben.“

Mit anderen Worten, Pantheon+ könnte uns sagen, dass wir einige alternative Theorien über dunkle Materie und dunkle Energie zusammenfassen sollten unabhängig zum Standardmodell. Diese Theorien könnten, nun ja, falsch sein.

Außerdem müssen wir auch über meine persönliche Lieblingskonsequenz von Pantheon+-Datensätzen sprechen. Endlich könnte es dazu beitragen, eine langjährige, ziemlich hitzige Debatte unter Physikern zu beenden.

Wir könnten endlich auf dem Weg sein, die sogenannte Hubble-Konstante zu entschlüsseln. Art von.

Grundsätzlich wissen wir, dass sich das Universum exponentiell ausdehnt. Wir können buchstäblich sehen, wie es in Echtzeit geschieht. Wissenschaftler können sich jedoch nicht auf die genaue Rate einigen, mit der diese Expansion stattfindet. Der Schlüssel zur Lösung ist die Hubble-Konstante, aber verschiedene Methoden zur Berechnung dieser Konstante scheinen unterschiedliche Antworten zu liefern.

Nachdem wir die Pantheon+-Probe mit Daten aus einer anderen wissenschaftlichen Zusammenarbeit gepoolt haben, heißt es in einer Pressemitteilung von Harvard, dass wir jetzt möglicherweise die strengste lokale Messung der aktuellen Expansionsrate des Universums haben. (Das Schlüsselwort hier ist „lokal“. Das kommt später noch dazu.)

Kurz gesagt, die Zusammenarbeit fand heraus, dass die Hubble-Konstante 73,4 Kilometer (45,6 Meilen) pro Sekunde pro Megaparsec (km/s/Mpc) mit einem erstaunlichen Wert beträgt 1,3 % Unsicherheit.

„Anders ausgedrückt, für jede Megaparsec oder 3,26 Millionen Lichtjahre schätzt die Analyse, dass sich der Weltraum selbst im nahen Universum mit mehr als 160.000 Meilen pro Stunde ausdehnt“, erklärt die Pressemitteilung. Diese Zahl liegt im Kontext genau in der Mitte des Jahres 2001 Landmark-Messung von 72 km/s/Mpc und spätere Berichte von 74 km/s/Mpc.

Es ist jedoch verdammt weit entfernt von einer anderen führenden Messung, die eine Konstante von 69,8 km/s/Mpc nahelegt.

OK, ja, es gibt immer noch eine Diskrepanz. Und wieder basiert die Konstante von Pantheon+ auf „lokalen“ Messungen.

Daher betont das Team von Pantheon+, dass „Beobachtungen aus einer völlig anderen Epoche der Geschichte des Universums eine andere Geschichte vorhersagen“. In gewisser Weise könnte es also eine neue kontrastierende Hubble-Konstante geben nicht Hubble-Spannung lösen, sondern die ohnehin schon angespannte Debatte noch verstärken? Wie gesagt, es ist kompliziert.

„Wir dachten, es wäre möglich, in unserem Datensatz Hinweise auf eine neuartige Lösung für diese Probleme zu finden, aber stattdessen stellen wir fest, dass unsere Daten viele dieser Optionen ausschließen und dass die tiefgreifenden Diskrepanzen so hartnäckig wie eh und je bleiben“, sagte Brout .

Aber am Ende des Tages, weil die Ergebnisse von Pantheon+ so makellos sind, könnten sie vielleicht zumindest aufklären, wo der Streitpunkt in der ständigen Hubble-Debatte liegt.

“Viele neuere Theorien deuten auf exotische neue Physik im sehr frühen Universum hin”, sagte Brout. “Solche unbestätigten Theorien müssen jedoch dem wissenschaftlichen Prozess standhalten, und die Hubble-Spannung bleibt weiterhin eine große Herausforderung.”

Die Physik ist bis zum Rand vollgestopft mit komplexen Rätseln und Rätseln und, ehrlich gesagt, geraden Straßensperren. Aber ich stelle mir diese Hürden gerne als Motivation vor, das Feld am Laufen zu halten und die Gedanken zu drehen. Aus diesem Grund wurde Pantheon+ in erster Linie innoviert.

Und mit diesem Mechanismus sind wir bei der Analyse der Wahrheit über die dunkle Seite unseres Universums absolut vorangekommen – zumindest. Oder wie Brout es ausdrückt: „Pantheon+ gibt uns unsere bisher beste Chance, dunkle Energie, ihre Ursprünge und ihre Entwicklung einzuschränken.“