Plats: Christchurch, Nya Zeeland
Tid och datum: 19 december 2024
En av de största gåtorna inom vetenskapen, mörk energi, existerar inte enligt forskare som försöker lösa mysteriet med universums expansion. Deras analys har publicerats i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.
Under de senaste 100 åren har fysiker allmänt antagit att kosmos växer lika i alla riktningar. De har använt konceptet med mörk energi som en plats för okänd fysik som de inte kunde förstå, men den kontroversiella teorin har alltid haft sina problem.
Nu utmanar ett team av fysiker och astronomer vid universitetet i Canterbury i Christchurch, Nya Zeeland, status quo, med hjälp av förbättrad analys av supernova-ljuskurvor för att visa att universum expanderar på ett mer varierat, ”klumpigt” sätt.
Den nya bevisen stöder ”timescape”-modellen för kosmisk expansion, som inte behöver mörk energi eftersom skillnaderna i ljussträckning inte är resultatet av en accelererande universum utan istället en följd av hur vi kalibrerar tid och avstånd.
Modellen tar hänsyn till att gravitation saktar ner tiden, så en idealisk klocka i tomma rymden tickar snabbare än inuti en galax.
Modellen föreslår att en klocka i Vintergatan skulle vara cirka 35 procent långsammare än samma klocka på en genomsnittlig position i stora kosmiska tomrum, vilket innebär att miljarder fler år skulle ha passerat i tomrummen. Detta skulle i sin tur tillåta mer expansion av rymden, vilket gör det verkar som om expansionen blir snabbare när så stora tomma tomrum växer och dominerar universum.
Professor David Wiltshire, som ledde studien, sade: ”Våra fynd visar att vi inte behöver mörk energi för att förklara varför universum verkar expandera i en accelererande takt.
”Mörk energi är en felidentifiering av variationer i den kinetiska energin i expansionen, vilket inte är uniformt i ett universum som är så klumpigt som det vi faktiskt lever i.”
Han tillade: ”Forskningen ger övertygande bevis som kan lösa några av de nyckelfrågorna kring de egendomligheter i vårt expanderande kosmos.
”Med nya data kan universums största mysterium bli löst innan decenniets slut.”
Mörk energi anses vanligtvis vara en svag antigravitationskraft som verkar oberoende av materia och utgör ungefär två tredjedelar av universums mass-energitäthet.
Den standardiserade Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM)-modellen av universum kräver mörk energi för att förklara den observerade accelerationen i takt med universums expansion.
Vetenskapsmän baserar denna slutsats på mätningar av avstånden till supernovaexplosioner i avlägsna galaxer, som verkar vara längre bort än de skulle vara om universums expansion inte accelererade.
Dock utmanas den nuvarande expansionstakten av universum alltmer av nya observationer.
För det första visar bevis från efterglöden av Big Bang—känd som den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB)—att expansionen av det tidiga universum är i konflikt med den nuvarande expansionen, en anomali känd som ”Hubble-spänningen”.
Dessutom har en ny analys av högprecisionsdata från Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) visat att ΛCDM-modellen inte passar lika bra som modeller där mörk energi ”utvecklas” över tid, snarare än att förbli konstant.
Både Hubble-spänningen och de överraskningar som avslöjats av DESI är svåra att lösa i modeller som använder en förenklad 100-årig kosmisk expansionlag—Friedmanns ekvation.
Denna antar att universum i genomsnitt expanderar jämnt—som om alla kosmiska strukturer kunde blandas till en strukturlös soppa, utan komplicerande struktur. Dock innehåller det nuvarande universum ett komplext kosmiskt nätverk av galaxkluster i skivor och filament som omger och trådar stora tomma tomrum.
Professor Wiltshire tillade: ”Vi har nu så mycket data att vi i 2000-talet kan slutligen svara på frågan—hur och varför uppstår en enkel genomsnittlig expansionlag ur komplexitet?
”En enkel expansionlag som är konsekvent med Einsteins allmänna relativitetsteori behöver inte lyda Friedmanns ekvation.”
Forskarna säger att den Europeiska rymdorganisationens Euclid-satellit, som sköts upp i juli 2023, har kraften att testa och skilja Friedmanns ekvation från timescape-alternativet. Dock kräver detta minst 1 000 oberoende högkvalitativa supernovaobservationer.
När den föreslagna timescape-modellen senast testades 2017, föreslog analysen att den bara var en något bättre anpassning än ΛCDM som förklaring för kosmisk expansion, så teamet i Christchurch arbetade nära med Pantheon+ samarbetsgruppen som noggrant hade producerat en katalog över 1 535 distinkta supernovor.
De säger att de nya data nu ger ”mycket starka bevis” för timescape. Det kan också peka på en övertygande lösning av Hubble-spänningen och andra anomalier relaterade till universums expansion.
Ytterligare observationer från Euclid och Nancy Grace Roman Space Telescope krävs för att stärka stödet för timescape-modellen, säger forskarna, med kapplöpning nu på att använda denna rikedom av nya data för att avslöja den verkliga naturen av kosmisk expansion och mörk energi.
Källa: Royal Astronomical Society
Taggar: Kosmologi, Mörk energi, Universum, Supernovor, Timescape-modellen, Friedmanns ekvation, Hubble-spänningen, Euclid-satellit, Nancy Grace Roman Space Telescope
