En ny tolkning av kosmiska observationer
Fysikerna Xingang Chen och Abraham Loeb har i en ny studie föreslagit att vissa observationer som tidigare tolkats som tecken på att mörk energi förändras över tid, istället kan förklaras av en liten andel mörk materia med en varierande egenskap kallad tillståndsekvation. Denna alternativa förklaring skulle kunna undvika problem som uppstår med teorier där mörk energi har ett värde på tillståndsekvationen mindre än -1, vilket strider mot grundläggande fysikaliska principer.
Bakgrund: Vad är mörk energi och mörk materia?
- Mörk energi: En hypotetisk form av energi som antas driva universums accelererande expansion. I den standardiserade modellen antas den ha en konstant tillståndsekvation, w = -1.
- Mörk materia: En osynlig form av materia som inte avger eller absorberar ljus, men vars gravitationella effekter är nödvändiga för att förklara galaxers rörelser och strukturen i universum.
Tillståndsekvation (w)
Tillståndsekvationen (w) är förhållandet mellan tryck (P) och energitäthet (ε) i ett kosmiskt fält eller materia: w = P/ε. För kall mörk materia är w = 0, medan för mörk energi är w = -1. Värden på w mindre än -1 kallas ”fantomenergi” och kan leda till instabiliteter i teorin.
Studien i korthet
Chen och Loeb analyserade data från flera kosmologiska observationer, inklusive:
- DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument): Kartlägger galaxers rödförskjutning för att förstå universums expansion.
- CMB (Cosmic Microwave Background): Den kosmiska bakgrundsstrålningen, en rest från Big Bang.
- Supernovadata: Observationer av avlägsna supernovor som standardljuskällor för att mäta avstånd i universum.
De föreslår att om en liten del (cirka 15%) av mörk materian har en tillståndsekvation som varierar över tid inom intervallet -1 < w < 1, kan detta förklara de observerade avvikelserna utan att behöva anta en förändrad mörk energi.
Modellens egenskaper
- Evolving Dark Matter (EDM): En hypotetisk komponent av mörk materia vars tillståndsekvation förändras över tid, till exempel genom att oscillera mellan olika värden.
- Skalärfält: EDM kan modelleras som ett skalärfält (en typ av fält i fysiken) med en potential som gör att dess tillståndsekvation varierar när universum expanderar.
- Kosmologiska konsekvenser: Denna variation i EDM kan påverka universums expansionshastighet på ett sätt som liknar effekten av en förändrad mörk energi.
Fördelar med modellen
- Fysikaliskt konsekvent: Undviker problem med teorier där w < -1, som kan bryta mot den så kallade nollenergikonditionen.
- Förenlig med observationer: Kan förklara data från DESI och andra observationer utan att behöva introducera nya exotiska former av energi.
- Testbar: Framtida observationer kan särskilja mellan denna modell och modeller med förändrad mörk energi.
Nästa steg
För att bekräfta denna modell krävs ytterligare observationer och analyser, särskilt av strukturer i universum och deras utveckling över tid. Det är också viktigt att undersöka hur denna varierande mörka materia påverkar bildandet av galaxer och andra kosmiska strukturer.
Källor och vidare läsning
Kategori: Rymden
Extra taggar: Kosmologi, Mörk materia, Mörk energi, Teoretisk fysik
Sammanfattning
En ny studie föreslår att variationer i en liten del av mörk materian kan förklara observationer som tidigare tolkats som tecken på en förändrad mörk energi. Denna modell är fysikaliskt mer konsekvent och kan testas med framtida observationer, vilket kan ge nya insikter om universums sammansättning och utveckling.
