Astronom mendapatkan ‘lebih dari petunjuk’ bahwa energi gelap bukan seperti yang mereka pikirkan

Sebuah tim astronom internasional pada hari Rabu meluncurkan bukti yang paling meyakinkan hingga saat ini bahwa energi gelap – sebuah fenomena misterius yang mendorong alam semesta kita untuk berkembang lebih cepat – bukanlah kekuatan alam yang konstan, tetapi salah satu yang surut dan mengalir melalui waktu kosmik.

Energi Gelap, pengukuran baru menunjukkan, mungkin tidak mengundurkan diri dari alam semesta kita ke nasib terpisah di setiap skala, dari cluster galaksi hingga inti atom. Sebaliknya, ekspansi bisa berkurang, akhirnya membuat alam semesta stabil. Atau Cosmos bahkan bisa membalikkan arah, akhirnya ditakdirkan untuk runtuhnya yang oleh para astronom disebut sebagai krisis besar.

Hasil terbaru mendukung petunjuk yang menggiurkan dari April lalu bahwa ada sesuatu yang salah dengan model standar kosmologi, teori terbaik para ilmuwan tentang sejarah dan struktur alam semesta. Pengukuran, dari tahun lalu dan bulan ini, berasal dari kolaborasi yang menjalankan instrumen spektroskopi energi gelap, atau desi, di teleskop di Kitt Peak National Observatory di Arizona.

“Ini sedikit lebih dari petunjuk sekarang,” kata Michael Levi, seorang kosmolog di Lawrence Berkeley National Laboratory dan direktur Desi. “Itu membuat kita bertentangan dengan pengukuran lain,” tambah Dr. Levi. “Kecuali energi gelap berkembang – maka, nak, semua bebek berbaris berturut -turut.”

Pengumuman itu dibuat pada pertemuan American Physical Society di Anaheim, California, dan disertai dengan serangkaian makalah yang menggambarkan hasilnya, yang diajukan untuk peer review dan publikasi dalam jurnal Physical Review D.

“Adalah adil untuk mengatakan bahwa hasil ini, diambil pada nilai nominal, tampaknya menjadi petunjuk terbesar yang kami miliki tentang sifat energi gelap dalam ~ 25 tahun sejak kami menemukannya,” Adam Riess, seorang astrofisika di Universitas Johns Hopkins dan Institut Sains Teleskop Luar Angkasa di Baltimore yang tidak terlibat dalam karya tersebut tetapi berbagi Fisika Teleskop untuk Fisika 2011 untuk Fisika yang Ditemukan.

Tetapi bahkan ketika pengamatan DESI menantang model standar kosmologi, hasil yang terpisah telah memperkuatnya. Pada hari Selasa, tim multinasional yang menjalankan teleskop kosmologi Atacama di Chili merilis gambar paling rinci yang pernah diambil dari alam semesta bayi, ketika itu hanya berusia 380.000 tahun. (Teleskop itu dinonaktifkan pada tahun 2022.)

Laporan mereka, belum ditinjau sejawat, tampaknya mengkonfirmasi bahwa model standar beroperasi seperti yang diharapkan di alam semesta awal. Salah satu elemen dalam model itu, konstanta Hubble, menggambarkan seberapa cepat alam semesta berkembang, tetapi selama setengah abad terakhir pengukuran konstan telah sangat tidak setuju, ketidakkonsistenan yang dikenal sebagai tegangan hubble. Para ahli teori telah merenungkan bahwa mungkin semburan energi gelap tambahan di alam semesta yang sangat awal, ketika kondisinya terlalu panas untuk dibentuk atom, dapat menyelesaikan ketegangan ini.

Hasil Atacama terbaru tampaknya mengesampingkan ide ini. Tetapi mereka tidak mengatakan apa -apa tentang apakah sifat energi gelap mungkin telah berkembang di kemudian hari.

Kedua laporan itu membangkitkan pujian efusif dari ahli kosmologi lain, yang secara bersamaan mengaku kebingungan kosmik tentang apa arti semua itu.

“Saya tidak berpikir banyak yang dibiarkan berdiri sejauh ide -ide bagus untuk apa yang mungkin menjelaskan ketegangan Hubble pada saat ini,” kata Wendy Freedman, seorang kosmolog di University of Chicago yang telah menghabiskan hidupnya mengukur alam semesta dan tidak terlibat dalam studi tersebut.

Michael Turner, seorang ahli teori di University of Chicago, yang juga tidak terlibat dalam studi, mengatakan: “Kabar baiknya adalah, tidak ada retakan dalam telur kosmik. Kabar buruknya adalah, tidak ada retakan dalam telur kosmik.”

Turner, yang menciptakan istilah “energi gelap,” menambahkan bahwa jika ada celah, “itu belum dibuka cukup lebar – namun – bagi kita untuk secara jelas melihat hal besar berikutnya dalam kosmologi.”

Para astronom sering membandingkan galaksi di alam semesta yang berkembang dengan kismis dalam kue kue. Saat adonan naik, kismis dibawa lebih jauh terpisah. Semakin jauh mereka dari satu sama lain, semakin cepat mereka terpisah.

Pada tahun 1998, dua kelompok astronom mengukur perluasan alam semesta dengan mempelajari kecerahan jenis supernova tertentu, atau bintang yang meledak. Supernova semacam itu menghasilkan jumlah cahaya yang sama, sehingga mereka diprediksi lebih redup pada jarak yang lebih jauh. Jika perluasan alam semesta melambat, seperti yang diyakini para ilmuwan pada saat itu, ledakan cahaya dari jauh seharusnya tampak sedikit lebih terang daripada yang diramalkan.

Yang mengejutkan mereka, kedua kelompok menemukan bahwa supernova lebih redup dari yang diharapkan. Alih -alih memperlambat, perluasan alam semesta sebenarnya mempercepat.

Tidak ada energi yang diketahui oleh fisikawan yang dapat mendorong ekspansi yang semakin cepat; Kekuatannya harus mereda karena menyebar lebih tipis melintasi alam semesta yang membengkak. Kecuali energi itu berasal dari luar angkasa itu sendiri.

Energi gelap ini menanggung semua ciri dari faktor fudge yang dimasukkan Albert Einstein ke dalam teorinya tentang gravitasi pada tahun 1917 untuk menjelaskan mengapa alam semesta tidak runtuh di bawah beratnya sendiri. Faktor fudge, yang dikenal sebagai konstanta kosmologis, mewakili semacam tolakan kosmik yang akan menyeimbangkan gravitasi dan menstabilkan alam semesta – atau begitulah menurutnya. Pada tahun 1929, ketika menjadi jelas bahwa alam semesta sedang berkembang, Einstein meninggalkan konstanta kosmologis, dilaporkan menyebutnya kesalahan terbesarnya.

Tapi sudah terlambat. Salah satu fitur teori kuantum yang dirancang pada tahun 1955 memprediksi bahwa ruang kosong berbusa dengan energi yang akan menghasilkan kekuatan menjijikkan seperti faktor fudge Einstein. Selama seperempat abad terakhir, konstanta ini telah menjadi bagian dari model standar kosmologi. Model ini menggambarkan alam semesta yang lahir 13,8 miliar tahun yang lalu, dalam percikan kolosal yang dikenal sebagai Big Bang, dan terdiri dari 5 persen materi atom, materi gelap 25 persen dan energi gelap 70 persen. Tetapi model gagal mengatakan apa sebenarnya materi gelap atau energi gelap.

Jika energi gelap benar -benar konstan Einstein, model standar menandakan masa depan yang suram: alam semesta akan terus mempercepat, selamanya, menjadi lebih gelap dan kesepian. Galaksi yang jauh pada akhirnya akan terlalu jauh untuk dilihat. Semua energi, kehidupan, dan pikiran akan tersedot dari kosmos.

‘Sesuatu yang harus dikejar’

Para astronom di tim Desi berusaha mengkarakterisasi energi gelap dengan mensurvei galaksi di berbagai era waktu kosmik. Ketidakberesan kecil dalam penyebaran materi di seluruh alam semesta primordial telah memengaruhi jarak antara galaksi saat ini – jarak yang telah berkembang, dengan cara yang terukur, bersama dengan alam semesta.

Data yang digunakan untuk pengukuran desi terbaru terdiri dari katalog hampir 15 juta galaksi dan benda -benda surgawi lainnya. Sendiri, kumpulan data tidak menyarankan bahwa apa pun serba salah dengan pemahaman teoretis tentang energi gelap. Tetapi dikombinasikan dengan strategi lain untuk mengukur perluasan alam semesta – misalnya, mempelajari bintang -bintang yang meledak dan cahaya tertua di alam semesta, memancarkan beberapa seratus ribu tahun setelah Big Bang – data tidak lagi sejalan dengan apa yang diprediksi oleh model standar.

Perbedaan antara data dan teori paling banyak 4,2 Sigma (dalam satuan ketidakpastian yang disukai oleh fisikawan), mewakili satu dari 50.000 peluang bahwa hasilnya adalah kebetulan. Tetapi ketidakcocokan belum pada lima sigma (sama dengan satu dari 3,5 juta peluang), standar ketat yang ditetapkan oleh fisikawan untuk mengklaim penemuan.

Namun, pemutusan itu sangat menunjukkan bahwa sesuatu dalam model kosmologis tidak dipahami dengan baik. Para ilmuwan mungkin perlu merevisi bagaimana mereka menafsirkan gravitasi atau memahami cahaya kuno dari Big Bang. Para astronom Desi berpikir masalahnya bisa menjadi sifat energi gelap.

“Jika kami memperkenalkan energi gelap yang dinamis, maka potongan-potongan teka-teki lebih cocok,” kata Mustapha Ishak-Boushaki, seorang kosmolog di University of Texas di Dallas yang membantu memimpin analisis Desi terbaru.

Will Percival, seorang kosmolog di University of Waterloo di Ontario dan juru bicara kolaborasi Desi, menyatakan kegembiraan tentang apa yang ada di cakrawala. “Ini sebenarnya sedikit tembakan di lengan untuk lapangan,” katanya. “Sekarang kita punya sesuatu untuk dicapai.”

Pada 1950 -an, para astronom mengklaim bahwa hanya dua angka yang diperlukan untuk menjelaskan kosmologi: satu terkait dengan seberapa cepat alam semesta berkembang dan yang lain menggambarkan perlambatannya, atau seberapa besar ekspansi itu melambat. Segalanya berubah pada 1960 -an, dengan penemuan bahwa alam semesta dimandikan cahaya dari Big Bang, yang dikenal sebagai latar belakang microwave kosmik. Mengukur radiasi latar ini memungkinkan para ilmuwan untuk menyelidiki fisika alam semesta awal dan cara galaksi kemudian terbentuk dan berevolusi. Akibatnya, model kosmologi standar sekarang membutuhkan enam parameter, termasuk kepadatan materi biasa dan gelap di alam semesta.

Karena kosmologi telah menjadi lebih tepat, ketegangan tambahan telah muncul antara nilai yang diprediksi dan diukur dari parameter ini, yang mengarah pada kelimpahan ekstensi teoritis ke model standar. Tetapi hasil terbaru dari teleskop kosmologi Atacama – peta paling jelas hingga saat ini dari latar belakang microwave kosmik – tampaknya membanting pintu pada banyak ekstensi ini.

Desi akan terus mengumpulkan data untuk setidaknya satu tahun lagi. Teleskop lain, di tanah dan di luar angkasa, memetakan pandangan mereka sendiri tentang kosmos; Di antara mereka adalah fasilitas transien Zwicky di San Diego, teleskop luar angkasa Euclid Eropa dan NASA yang baru -baru ini diluncurkan misi Spherex. Di masa depan, Vera C. Rubin Observatory akan mulai merekam gambar gerakan langit malam dari Chili musim panas ini, dan teleskop ruang angkasa Romawi NASA akan diluncurkan pada tahun 2027.

Masing -masing akan menyerap cahaya dari langit, mengukur potongan -potongan kosmos dari perspektif yang berbeda dan berkontribusi pada pemahaman yang lebih luas tentang alam semesta secara keseluruhan. Semua berfungsi sebagai pengingat yang berkelanjutan tentang betapa sulitnya telur alam semesta.

“Masing -masing set data ini dilengkapi dengan kekuatannya sendiri,” kata Alexie Leuthaud, seorang kosmolog di University of California, Santa Cruz, dan juru bicara Kolaborasi Desi. “Alam semesta rumit. Dan kami mencoba mengurai banyak hal yang berbeda.”