Eksisterer mørk energi?

Type Ia Supernova-rest 0509-67.5

hans billede af type 1a-supernova-rest 0509-67.5 blev lavet ved hjælp af data fra NASAs Hubble-rumteleskop og Chandra røntgenobservatorium. Analyser af type 1a -supernovaers bevægelse gennem rummet har fået astronomer til at konkludere, at universets ekspansion accelererer, drevet af en mystisk kraft kaldet mørk energi. (Billedkredit: NASA, ESA og B. Schaefer og A. Pagnotta (Louisiana State University, Baton Rouge); NASA, ESA, CXC, SAO, Hubble Heritage Team (STScI/AURA), J. Hughes (Rutgers University) )



Paul Sutter er astrofysiker hos Ohio State University og chefforsker ved COSI Science Center . Sutter er også vært for Spørg en rummand , We Planet ikke, og COSI Science nu . Sutter bidrog med denne artikel til demokratija.eu's Expert Voices: Op-Ed & Insights.



Nyhedsflash: universet udvider sig . Det har vi vidst siden Edwin Hubbles banebrydende og utrættelige arbejde for omkring et århundrede siden, og det er lidt af en stor ting. Men før jeg taler om mørk energi og hvorfor det er en endnu større aftale, skal jeg præcisere, hvad vi mener med ordet 'udvidelse'.

Den egentlige observation, som du kan gøre i komforten af ​​dit eget hjem (forudsat at du har adgang til et tilstrækkeligt stort teleskop og et spektrograf) er, at galakser ser ud til at trække sig tilbage fra vores egen Mælkevej. I gennemsnit selvfølgelig: galakser er ikke simple væsener, og nogle bevæger sig ligesom vores lidt for tæt-til-trøst-nabo Andromeda mod os. [ Universet: Big Bang til nu i 10 lette trin ]



Denne recession ses i rødforskydning af lys fra disse galakser. Fingeraftryksfrekvenser for visse elementer flyttes ned til lavere frekvenser, præcis som de er for Doppler -effekten. Men for at forklare de kosmologiske observationer som et simpelt Doppler-skift kræver et par hovedskrabende konklusioner: 1) Vi er i centrum af universet; 2) Galakser har uhyggelige mekanismer, der driver dem gennem rummet; og 3) Universet sammensværger at lave galakser dobbelt så langt væk fra os bevæger sig nøjagtigt dobbelt så hurtigt.

Det ser ud til at være lidt af en strækning, så astronomer for længst nåede frem til en meget mere enkel konklusion, en drevet af den nymodede generelle relativitetsteori: selve rummet mellem galakser udvider sig, og galakser er lige med på turen.

Går stort

Edwin Hubble etablerede udvidelsen af ​​universet ved at katalogisere nærliggende galakser (efter at have opdaget, at der findes noget som 'nærliggende galakser'). Men historien om mørk energi bliver ikke fortalt af rødforskydninger i nabolaget. Kosmologiens spil i sidste halvdel af det 20. århundrede skulle gå dybt. Meget dybt, hvilket er udfordrende, fordi objekter i dyb rummet er lidt svage.



Heldigvis gav naturen forskere en pause (for en gangs skyld). En bestemt underundergruppe af supernovaeksplosioner, kendt som Type 1a, har to nyttige egenskaber. Fordi Type 1a -supernovaer har tendens til at ske fra nogenlunde samme scenario - en hvid dværg henter gas fra en kredsløbsledsager, indtil en kritisk tærskel er nået, går en atomkædereaktion i hak ogbom- de har nogenlunde den samme absolutte lysstyrke.

Ved at sammenligne den observerede lysstyrke for en Type 1a-supernova med den kendte sande lysstyrke (kalibreret ved hjælp af praktiske nærliggende kilder), afslører en lille high-school trigonometri en afstand.

Men vent, der er mere! Da type 1a -supernovaer indeholder den samme blanding af elementer, kan vi let identificere deres fingeraftryksfrekvenser og måle rødforskydningen og dermed en hastighed.



Afstand og hastighed alt i en måling. Hvor praktisk. [Supernova -fotos: Store billeder af stjerneeksplosioner]

Går længe

Type 1a -supernovaer er relativt sjældne - kun en lille håndfuld vil tænde hver galakse hvert århundrede. Men da der er så mange galakser i universet, springer de konstant udet eller andet sted. Og de er også vanvittigt lyse. I et par uger kan en enkelt eksplosion overskygge hele sin værtsgalakse. Det er hundredvis af milliarder af stjerner for jer, der holder styr.

Når lyset bevæger sig til vores teleskoper fra en fjern supernova, vil universets ekspansion strække det ud til længere bølgelængder. Jo længere tidligere supernovaen eksploderede, jo længere tid har lyset rejst for at nå os, og jo mere strækning har det akkumuleret.

Så en enkelt supernova -rødforskydningsmåling giver os den samlede mængde universel strækning i de mellemliggende milliarder af år mellem os og eksplosionen. Ved at udføre flere målinger på flere afstande kan vi bygge et kosmisk vækstdiagram, der kortlægger universets ekspansion som en funktion af dets alder.

Og det er her, mørk energi kommer ind i kampen.

Går mørkt

I 1990'erne, efter et årti med teknologiudvikling, var scenen endelig sat til at supernovaer skulle kaste lys over universets ekspansion. Specifikt dens deceleration. I et univers fuld af stof burde ekspansionen langsomt være ved at blive slidt, da dens tyngdekraft trækker tilbage. Vi vidste ikke, hvor meget stof der var i universet, men en måling af det kosmiske vækstdiagram ville hjælpe med at fastslå det.

Let, peasy.

I første omgang var resultaterne lovende: to konkurrerende grupper leverede begge første resultater af en påviselig deceleration, men med nødvendigvis store fejlstænger (de var jo lige begyndt). Men i de kommende måneder begyndte tingene at gå ned ad bakke.

Da flere supernova -data kom tilbage fra undersøgelserne, faldt den målte deceleration. Så forsvandt. Derefter vendt om.

Det så ud til, at universets ekspansion accelererede.

Begge grupper forsøgte vanvittigt at finde ud af fejlene i deres dataanalyserørledninger. Noget var helt sikkert galt, og hver var bekymret for, at den anden gruppe kunne stjæle torden ved at offentliggøre en lydmåling, mens den stadig pillede med dens koder.

Men dataene nægtede at rykke. Nervøst, forsigtigt rakte grupperne ud til hinanden: 'Kan du se, hvad vi ser?'

Det var dengang, at grupperne begyndte at sætte pris på, hvad universet fortalte dem. To konkurrerende hold, der brugte forskellige teleskoper, forskellige datasæt og forskellige metoder, kom uafhængigt af den samme konklusion. Vores univers bremsede ikke, men fremskynder .

De udgav deres arbejde for næsten 20 år siden. I mellemtiden efter flere uafhængige bevislinjer alle pegede på den samme konklusion, de delt i en nobelpris for deres uventede opdagelse.

Navnet på det observerede fænomen - mørk energi - holder fast i os i dag, men vi forstår det stadig ikke. Vi ved ikke, hvorfor universets ekspansion accelererer, men vi ved, at det accelererer.

Lær mere ved at lytte til afsnittet 'Eksisterer mørk energi? 'på podcasten Ask A Spaceman, tilgængelig den iTunes og på nettet kl http://www.askaspaceman.com . Tak til Mike N., @al_mcclintock, Philip A., Walt A., Cheryl B. og Vick K. for de spørgsmål, der førte til dette stykke! Stil dit eget spørgsmål på Twitter ved hjælp af #AskASpaceman eller ved at følge Paul @PaulMattSutter og facebook.com/PaulMattSutter .

Følg os @Spacedotcom , Facebook eller Google+ . Oprindeligt udgivet den demokratija.eu .