Astronomer kartlägger inflytandet av mörk materia och mörk energi på universum genom att mäta över 1 500 supernovor

År 2011 tilldelades Nobelpriset i fysik till Perlmutter, Schmidt och Reiss för deras upptäckt att universum inte bara expanderar, det accelererar. Arbetet stödde idén om ett universum fyllt med mörk energi och mörk materia, och det var baserat på observationer av avlägsna supernovor. Speciellt supernovor av typ Ia, som har konsekventa ljuskurvor som vi kan använda som standardljus för att mäta kosmiska avstånd. Nu bekräftar en ny studie av mer än 1 500 supernovor mörk energi och mörk materia, men väcker också frågor om våra kosmologiska modeller.

Studien är baserad på datauppsättningar kända som Pantheon+ och SH0ES. Den innehåller 1 701 ljuskurvmätningar av 1 550 supernovor av typ Ia som spänner över två decennier av observationer och en kosmisk period på 10 miljarder år. Det är den mest omfattande undersökningen av mörk energisupernovamätningar som någonsin gjorts. Datauppsättningen täcker övergången från det tidiga universum, som dominerades av mörk materia, till det moderna universum som dominerades av mörk energi. Det bekräftar alltså effekterna av båda dessa. Datauppsättningen är så detaljerad att den också ger oss ett mått på Hubble-parametern med en noggrannhet på fem sigma, vilket utesluter systematiska fel i våra mätningar. Baserat på dessa data vet vi att vi lever i ett universum som är ungefär två tredjedelar mörk energi och en tredjedel materia och mörk materia.

Men det är här det blir konstigt. Under åren har vi mätt effekterna av mörk energi och mörk materia på många sätt. Förutom supernovaobservationer ser vi också effekterna av fluktuationer i den kosmiska bakgrunden, klustring av galaxer över tid, gravitationsvågor och till och med mikrovågslaserljus. De berättar alla en liknande historia om ett universum som domineras av mörk materia och mörk energi. Men de berättar inte exakt samma historia. Detta syns tydligast i avvikelserna i Hubble-parametervärden.

Ta bort alla annonser på Universe Today

Gå med i vår Patreon för så lite som $3!

Få den annonsfria upplevelsen för livet

Hubble-parametern, eller Hubble-konstanten, är ett mått på den hastighet med vilken universum expanderar. Sedan 2001 har vi vetat att Hubble-parametern är cirka 64 till 80 (km/s)/Mpc, vilket ger en ålder för universum på någonstans mellan 12,5 och 15,6 miljarder år. Då var vår osäkerhet om det exakta värdet ganska stor. Sedan dess har våra mätningar blivit mer exakta och värdet har minskat till cirka 70 (km/s)/Mpc, eller 14 miljarder år. Problemet är att supernovans mätningar ger ett värde större än 70, medan kosmiska bakgrundsmätningar ger ett värde lite lägre än 70. Denna oenighet är känd som Hubble-spänningen, och man hoppades att bättre observationer skulle lösa problemet. Den senaste studien bekräftar att den är både verklig och inte försvinner.

En rest av typ Ia-supernovan G299. Kredit: NASA/CXC/U.Texas

Teamet använde Pantheon+-data för att titta på två olika resultat. Supernovamåttet, Pantheon+ SH0ES, ger en Hubble-parameter på 72 – 74 (km/s)/Mpc. Det kosmiska bakgrundsmåttet, Pantheon+ Planck, ger en Hubble-parameter på 66 – 68 (km/s)/Mpc. Båda är mycket exakta och de motsäger varandra. Studien bekräftar att Hubble-spänningen är verklig. Det beror inte på något mätfel, och vi kan inte säga att det ena eller det andra är fel.

Denna studie har i princip kastats ner den figurativa handsken för teoretikers fötter. Med tanke på att vår modell för big bang, mörk energi och mörk materia universum bekräftas, hur löser du denna oenighet i observationer? Det korta svaret är att vi inte vet, men det kommer att bli ett spännande mysterium att lista ut.

Referens: Brout, Dillon, et al. “The Pantheon+ Analysis: Cosmological Constraints.” The Astrophysical Journal 938,2 (2022): 110.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *