Ciemna energia może się zmieniać, według badania 3.000 supernowych

Katalog 2.884 supernowych typu Ia, w połączeniu z obserwacjami DES i wynikami DESI, oferuje nowe sygnały, że ciemna energia może zmieniać się w czasie i stawia wyzwania dla standardowego modelu kosmologii.

• Analiza supernowych typu Ia znajduje wskazówki, że ciemna energia nie jest stała.
• Wyniki te uzupełniają niezależne obserwacje z Dark Energy Survey i Dark Energy Spectroscopic Instrument.
• Nowe dane mogą pomóc w badaniu związku między grawitacją Einsteina a fizyką kwantową, chociaż sygnał ten wciąż nie stanowi ostatecznego potwierdzenia.

Katalog 2.884 supernowych typu Ia oferuje nowe sygnały, że ciemna energia może ewoluować. Ten tajemniczy składnik wyjaśnia, w ramach dominującego modelu kosmologicznego, przyspieszenie ekspansji wszechświata, ale nowa analiza sugeruje, że jego wpływ niekoniecznie pozostaje stały od przeszłości do teraźniejszości.

Praca ta zrekonstruowała trzy dekady obserwacji astronomicznych w ramach wspólnego modelu i połączyła je z pomiarami z Dark Energy Survey, a także danymi o reliktowym świetle z Wielkiego Wybuchu i rozkładzie galaktyk. Według badaczy, wynik ten nie potwierdza w pełni standardowego modelu, który zakłada stałą i niezmienną ciemną energię, lecz dostarcza dodatkowych dowodów na możliwą zmienność w czasie.

Supernowe jako kosmiczne miary

Supernowe typu Ia są szczególnie cenne, ponieważ ich eksplozje produkują wystarczająco jednolitą ilość światła, aby działać jako standardowe świece. Porównując oczekiwaną jasność z obserwowaną z Ziemi, astronomowie mogą oszacować odległości kosmiczne i zbadać, jak bardzo wszechświat się rozszerzył podczas drogi tego światła.

Pochodzenie tych eksplozji wiąże się z białymi karłami, które są kompaktowymi pozostałościami po gwiazdach o masie podobnej do Słońca, które wyczerpały paliwo do fuzji. W przypadku samotnej gwiazdy, ten pozostały materiał zazwyczaj oznacza koniec procesu, ale towarzysząca gwiazda może całkowicie zmienić jej los, dostarczając materiał do białego karła.

Znaczna część gwiazd podobnych do Słońca należy do systemów binarnych. Gdy obie gwiazdy są wystarczająco blisko, biały karzeł może gromadzić materiał od swojego towarzysza. W określonych scenariuszach ten proces może wywołać eksplozję termonuklearną typu Ia, chociaż szczegóły dotyczące systemów progenitorów wciąż są przedmiotem badań.

Ryan Camilleri, członek zespołu z Uniwersytetu Queensland, wyjaśnił, że badacze mogli zastosować do starych obserwacji dokładniejsze zrozumienie zachowania tych supernowych. Ta rewizja pozwoliła na porównanie danych uzyskanych przez różne teleskopy i zredukowanie błędów, które mogłyby zniekształcić wnioski dotyczące odległości, przesunięcia ku czerwieni i ekspansji kosmicznej.

Sygnał, który kwestionuje standardowy model

Analiza uwzględniała czynniki wpływające na światło supernowej przed dotarciem do Ziemi, takie jak pył kosmiczny i masa galaktyki macierzystej. Uwzględniono również soczewkowanie grawitacyjne, efekt, który zakrzywia i może wzmacniać światło, gdy przechodzi przez obszary bliskie masywnym obiektom, w celu zbudowania bardziej spójnego porównania między obserwowanymi zdarzeniami.

Badanie to dołącza do wyników opublikowanych w 2024 roku przez Dark Energy Spectroscopic Instrument, znany jako DESI, który również znalazł wskazówki na zmienną ciemną energię, badając fale akustyczne pozostawione przez wczesny wszechświat. Znaczenie porównania polega na tym, że oba podejścia obserwują różne zjawiska i mimo to wskazują na możliwe odchylenie od stałej ciemnej energii.

Zespół porównał swoje pomiary z wynikami Dark Energy Survey, których dane dotyczące supernowych opublikowane w 2024 roku wykazały sygnały, że energia ciemna może zmieniać się w czasie. Ta kompilacja obserwuje odchylenie od modelu standardowego w nieco innym kierunku, dlatego nadal konieczne będzie rozwiązanie różnic między zestawami danych.

Zbieżność nie oznacza ostatecznego potwierdzenia, że energia ciemna zmienia się, ponieważ pomiary kosmologiczne zależą od kalibracji, modeli i źródeł niepewności. Niemniej jednak wyniki DES, DESI i nowego katalogu utrzymują otwartą możliwość, że energia ciemna nie zachowuje dokładnie tej samej wpływu przez całą historię kosmiczną.

Co może się zmienić w fizyce

Określenie natury energii ciemnej może mieć konsekwencje wykraczające poza wyjaśnienie przyspieszonej ekspansji wszechświata. Badania sugerują, że problem ten może również dostarczyć wskazówek dotyczących połączenia ogólnej teorii względności Alberta Einsteina, która opisuje grawitację w skali makroskalowej, z fizyką kwantową, która wyjaśnia zachowanie materii i energii w skali subatomowej.

Obie teorie wykazały ogromną zdolność predykcyjną w swoich odpowiednich dziedzinach, ale naukowcy wciąż nie mają pełnej teorii grawitacji kwantowej. Jeśli ewolucja energii ciemnej ujawni strukturę fizyczną, która nie pasuje do obecnych wyjaśnień, może otworzyć drogę do badania tego oczekiwanego połączenia między grawitacją a mechaniką kwantową. Na razie jest to możliwość teoretyczna, a nie konsekwencja udowodniona przez nowy katalog.

Kolejny etap będzie częściowo zależał od rozszerzenia katalogu supernowych typu Ia i poprawy spójności między obserwacjami przeprowadzonymi za pomocą różnych instrumentów. Program Dark Energy Bedrock All-Sky Supernova, znany jako DEBASS, wykrywa setki dodatkowych lokalnych supernowych, próbka, która może pomóc w przetestowaniu rozbieżności obserwowanych przez DES, DESI i analizę supernowych.

Na razie głównym wnioskiem nie jest to, że model standardowy został odrzucony, lecz że jego założenie o niezmiennej energii ciemnej staje w obliczu rosnącej presji. Więcej danych pozwoli ustalić, czy sygnały odzwierciedlają rzeczywistą właściwość wszechświata, ograniczenie w pomiarach, czy kombinację obu czynników.

Niniejsza treść ma charakter wyłącznie informacyjny i nie stanowi porady finansowej, inwestycyjnej, prawnej ani podatkowej. Wszelkie wydarzenia, nagrody, promocje online lub powiązane informacje, o których tu mowa, nie powinny być traktowane jako rekomendacja, zachęta ani zaproszenie do kupna, sprzedaży, wymiany lub innego rodzaju obrotu aktywami kryptograficznymi. Aktywa kryptograficzne charakteryzują się dużą zmiennością i mogą prowadzić do strat. Dostępność usług, produktów i powiązanych wydarzeń WEEX może się różnić w zależności od regionu. Użytkownik jest odpowiedzialny za upewnienie się, że jego udział jest zgodny z obowiązującymi lokalnymi przepisami i regulacjami.