Daugiau nei du dešimtmečius trukusių supernovų sprogimų analizė įtikinamai stiprina šiuolaikines kosmologines teorijas ir atgaivina pastangas atsakyti į esminius klausimus.

Astrofizikai atliko galingą naują analizę, kuri nustato tiksliausias kada nors visatos formavimosi ir evoliucijos ribas. Atlikę šią analizę, pramintą Panteonu+, kosmologai atsiduria kryžkelėje.

Pantheon+ įtikinamai teigia, kad visata susideda iš maždaug dviejų trečdalių tamsiosios energijos ir trečdalio materijos – daugiausia tamsiosios materijos pavidalu – ir per pastaruosius milijardus metų plečiasi vis sparčiau. Tačiau „Pantheon+“ taip pat sustiprina didelį ginčą dėl šios neišspręstos plėtros tempo.

Padėdamas dominuojančias šiuolaikines kosmologines teorijas, žinomas kaip standartinis kosmologijos modelis, tvirtesniais įrodomaisiais ir statistiniais pagrindais, Pantheon+ taip pat uždaro duris alternatyvioms sistemoms, kurios lemia tamsioji energija Ir Juodoji medžiaga. Abu yra Standartinio kosmologijos modelio kertiniai akmenys, bet dar nebuvo tiesiogiai atrasti. Jie yra vieni didžiausių modelio galvosūkių. Remdamiesi „Pantheon+“ rezultatais, mokslininkai dabar gali atlikti tikslesnius stebėjimo testus ir patikslinti akivaizdžios visatos paaiškinimus.

G299 paliko tam tikra supernovų klasė, vadinama Ia tipu. Autoriai: NASA/CXC/U.Texas

„Turėdami šiuos Pantheon+ rezultatus, galime nustatyti tiksliausius iki šiol egzistuojančios visatos dinamikos ir istorijos apribojimus“, – sako Dillonas Proutas, Einšteino bendradarbis iš Astrofizikos centro. Harvardas ir Smithsonianas. „Peržiūrėjome duomenis ir dabar galime drąsiau nei bet kada anksčiau pasakyti, kaip visata vystėsi bėgant amžiams ir kad dabartinės geriausios tamsiosios energijos ir tamsiosios materijos teorijos yra galingos.

Pruitt yra pagrindinis straipsnių, aprašančių naujus, autorius Panteonas + analizėSpalio 19 d. specialiame numeryje buvo bendrai paskelbtas Astrofizikos žurnalas.

Pantheon+ sukurtas remiantis didžiausiu tokio pobūdžio duomenų rinkiniu, kuriame yra daugiau nei 1500 žvaigždžių sprogimų, vadinamų Ia tipo supernovomis. Šie ryškūs sprogimai įvyksta, kai[{” attribute=””>white dwarf stars — remnants of stars like our Sun — accumulate too much mass and undergo a runaway thermonuclear reaction. Because Type Ia supernovae outshine entire galaxies, the stellar detonations can be glimpsed at distances exceeding 10 billion light years, or back through about three-quarters of the universe’s total age. Given that the supernovae blaze with nearly uniform intrinsic brightnesses, scientists can use the explosions’ apparent brightness, which diminishes with distance, along with redshift measurements as markers of time and space. That information, in turn, reveals how fast the universe expands during different epochs, which is then used to test theories of the fundamental components of the universe.

Proveržis 1998 m. buvo atrastas spartėjantis Visatos augimas, nes tokiu būdu buvo tiriamos Ia tipo supernovos. Mokslininkai šį išsiplėtimą priskiria nematomai energijai, todėl ji vadinama tamsiąja energija, kuri yra neatsiejama nuo pačios visatos audinio. Vėlesnius dešimtmečius trukęs darbas ir toliau kaupė vis didesnius duomenų rinkinius, atskleidžiančius supernovas platesniame erdvės ir laiko diapazone, o „Pantheon+“ dabar juos sujungė į galingiausią statistinę analizę.

Adamas Reesas, vienas iš 2011 m. Nobelio fizikos premijos laureatų už spartėjančio visatos plėtimosi atradimą ir Bloombergo nusipelnęs profesorius. Johnso Hopkinso universitete (JHU) ir Kosminio teleskopo mokslo institutas Baltimorėje, Merilando valstijoje. Reese taip pat yra baigusi Harvardą ir turi astrofizikos mokslų daktaro laipsnį.

Pruitto karjera kosmologijos srityje prasidėjo nuo bakalauro studijų Johnso Hopkinso universitete, kur jį mokė ir patarė Reese. Ten Pruittas dirbo su Danu Skolnicku, tuometiniu doktorantu ir Reisso patarėju, kuris dabar yra Duke universiteto fizikos docentas ir dar vienas naujosios straipsnių serijos bendraautoris.

Prieš keletą metų Skolnik sukūrė originalią maždaug 1000 supernovų panteono analizę.

Dabar „Brout“, „Scolnic“ ir jų naujoji komanda į „Pantheon+“ įtraukė apie 50 procentų daugiau supernovos duomenų taškų, taip pat patobulino analizės metodus ir tvarko galimus klaidų šaltinius, o tai galiausiai lėmė prastą pradinio „Pantheon“ tikslumą.

„Šis duomenų rinkinio kokybės šuolis ir mūsų supratimas apie fiziką, kuriuo jis grindžiamas, nebūtų buvę įmanomas be puikios studentų ir bendradarbių komandos, sunkiai dirbančios, kad pagerintų kiekvieną analizės aspektą“, – sako Pruittas.

Žvelgiant į visus duomenis, naujoji analizė rodo, kad 66,2% visatos yra tamsioji energija, o likę 33,8% yra materijos ir tamsiosios medžiagos mišinys. Siekdamas išsamesnio supratimo apie skirtingų epochų visatos sudedamąsias dalis, Broutas ir kolegos sujungė Pantheon+ su kitomis stipriai patikrintomis, nepriklausomomis, visatos plataus masto struktūrą papildančiomis skalėmis ir matavimais iš artimiausios visatos šviesos. Kosminis mikrobangų fonas.

Kitas svarbus Pantheon+ rezultatas yra susijęs su vienu iš pagrindinių šiuolaikinės kosmologijos tikslų: nustatyti dabartinį Visatos plėtimosi greitį, žinomą kaip Hablo konstanta. Surinkus Pantheon+ pavyzdį su duomenimis iš SH0ES (būsenos lygties Supernova H0), vadovaujamas Reese, gaunamas griežčiausias vietinis dabartinio Visatos plėtimosi greičio matavimas.

Allanthion+ ir SH0ES kartu nustato Hablo konstantą 73,4 kilometro per sekundę per megaparseką su tik 1,3 % neapibrėžtumo. Kitaip tariant, kiekvienam megaparsekui arba 3,26 milijono šviesmečių, analizė apskaičiavo, kad netoliese esančioje visatoje pati erdvė plečiasi daugiau nei 160 000 mylių per valandą greičiu.

Tačiau stebėjimai iš visiškai kitos Visatos istorijos eros pranašauja kitokią istoriją. Seniausios Visatos šviesos, kosminio mikrobangų fono, matavimai, derinami su dabartiniu standartiniu kosmologijos modeliu, nuosekliai patvirtina Hablo konstantą daug mažesniu greičiu nei stebėjimai, atlikti naudojant Ia tipo supernovas ir kitus astrofizinius žymenis. Šis didelis neatitikimas tarp dviejų metodikų vadinamas Hablo įtampa.

Naujieji Pantheon+ ir SH0ES duomenų rinkiniai sustiprina Hablo įtampą. Tiesą sakant, įtampa jau peržengė svarbią 5 sigmų slenkstį (tikimybę, kad atsitiktinis atsitiktinumas įvyks viena iš milijono), kurią fizikai naudoja, kad atskirtų galimą statistinį atsitiktinumą nuo to, ką reikia atitinkamai suprasti. Pasiekus šį naują statistinį lygį, išryškėja iššūkis, su kuriuo susiduria ir teoretikai, ir astrofizikai, bandydami paaiškinti Hablo konstantos nenuoseklumą.

„Manėme, kad mūsų duomenų rinkinyje būtų galima rasti naujų šių problemų sprendimo įrodymų, bet vietoj to nustatėme, kad mūsų duomenys neįtraukia daugelio šių galimybių ir kad dideli neatitikimai išlieka tokie pat sunkiai įveikiami, kaip ir anksčiau“, – sako Broutas.

Pantheon+ rezultatai gali padėti parodyti, kur išnyksta Hablo įtampa. „Daugelis šiuolaikinių teorijų pradeda rodyti keistą naują fiziką ankstyvojoje visatoje, tačiau tokios nepatikrintos teorijos turi atlaikyti mokslinį procesą, o Hablo įtampa tebėra didžiulis iššūkis“, – sako Pruittas.

Apskritai „Pantheon+“ siūlo mokslininkams visapusišką žvilgsnį į didžiąją kosminės istorijos dalį. Seniausia ir tolimiausia duomenų rinkinio supernova spindi 10,7 milijardo šviesmečių atstumu, nes visata buvo maždaug ketvirtadalis savo dabartinio amžiaus. Ankstesniame amžiuje tamsioji medžiaga ir su ja susijusi gravitacija kontroliavo Visatos plėtimosi greitį. Tokia padėtis dramatiškai pasikeitė per kelis milijardus metų, nes tamsiosios energijos įtaka užgožė tamsiosios materijos poveikį. Nuo tada tamsioji energija išstūmė visatos turinį ir vis sparčiau.

„Su šiuo kombinuotu Pantheon+ duomenų rinkiniu gauname tikslų visatos vaizdą iš tų laikų, kai tamsiojoje materijoje dominavo tamsioji energija“, – sako Pruittas. „Šis duomenų rinkinys yra unikali galimybė pamatyti, kaip veikia tamsioji energija, ir šiuo metu paskatinti visatos evoliuciją aukščiausiu lygiu.

Tikimės, kad dabar tiriant šį pokytį su tvirtesniais statistiniais įrodymais bus galima rasti naujų įžvalgų apie paslaptingos tamsiosios energijos prigimtį.

„Pantheon+ suteikia mums geriausią galimybę apriboti tamsiąją energiją, jos kilmę ir evoliuciją“, – sako Pruittas.

Nuoroda: Dillono Pruitto, Dano Skolnicko, Brody Popovičiaus, Adamo J. Reese’o, Anthony’io Carro, Joe Zontzo, Ricko Kesslerio, Tamara M. Davies, Samuelio Hintono, Davido Joneso, W. Darcy Kenworthy’io „Panteonas + analizė: kosminiai apribojimai“ nuoroda: „Panteonas + analizė: kosminiai apribojimai“, Erikas R. Petersonas, Khaledas Saeedas, Georgie Taylor, Noor Ali, Patrickas Armstrongas, Pranavas Scharvaux, Ariana Dumoh, Cole’as Mulldorfas, Antonella Palmes, Helen Coe, Benjamin M. Rose, Bruno Sanchezas, Christopheris W. Stubbsas, Maria Vincenzi, Charlotte M. Wood, Peter J. Brown, Rebecca Chin, Ken Chambers, David A. Coulter, May Day, Georgios Demetriadis, Alexei F. Filipenko, Ryan J. Foley, Saurabh Jha, Lisa Kelsey, Robert B Kirchner, Anis Muller, Jesse Muir, Seshadri Nadthor , Yen Chin Pan, Arminas Rist, Cesar Rojas Bravo, Masao Sacco, Matthew Seibert, Mattas Smithas, Benjaminas E. Stahlas ir Philas Wisemanas, 2022 m. spalio 19 d. Astrofizikos žurnalas.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac8e04