Το Φασματοσκοπικό Όργανο Σκοτεινής Ενέργειας (desi) βρήκε κάτι εκπληκτικό
Ερευνητές στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak στην Αριζόνα κατανάλωσαν τρία χρόνια, με τη βοήθεια τηλεσκοπίου, για την κατασκευή ενός τρισδιάστατου χάρτη των ουρανών.
Εξετάζοντας το φως από δεκάδες εκατομμύρια γαλαξίες, το Φασματοσκοπικό Όργανο Σκοτεινής Ενέργειας (desi) βρήκε κάτι εκπληκτικό.
Το Desi , όπως υποδηλώνει το όνομά του, είναι ένα εργαλείο για τη διερεύνηση της φύσης της σκοτεινής ενέργειας, μιας μυστηριώδους οντότητας που αντιπροσωπεύει το 68% των πάντων στο σύμπαν.
Αν και δεν γνωρίζουν ακριβώς περί τίνος πρόκειται, οι επιστήμονες μέχρι τώρα υπέθεταν ότι η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας ήταν η ίδια από την αρχή δημιουργίας του σύμπαντος, πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.
Ωστόσο, τα αρχικά αποτελέσματα του Desi υποδηλώνουν ότι αυτή η υπόθεση είναι λανθασμένη.
Ίσως, λένε οι επιστήμονες, η πυκνότητά του έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.
«Είναι τόσο παράξενο», λέει ο Dragan Huterer από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν.
Εάν τα ευρήματα αποδειχθούν αληθινά, θα προκαλέσουν κρίση στους κόλπους της κοσμολογίας.
Η μελέτη της σκοτεινής ενέργειας είναι εκπληκτικά νέος κλάδος.
Άμεσες αποδείξεις για την ύπαρξή της δεν είχαν εντοπιστεί μέχρι το 1998, όταν οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι εξαιρετικά φωτεινά αστέρια που εκρήγνυνται, ονόματι σουπερνόβα, απομακρύνονταν από τη Γη πολύ πιο γρήγορα από ό,τι θα έπρεπε.
Το συμπέρασμά τους; Όχι μόνο διαστέλλεται το σύμπαν, αλλά και αυτή η διαστολή επιταχύνεται.
«Οι άνθρωποι δεν το περίμεναν αυτό», λέει ο Adam Riess του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, ο οποίος μοιράστηκε το βραβείο Νόμπελ στη φυσική το 2011.
Επειδή είναι δύσκολο να μελετηθεί άμεσα, η πραγματική φύση της σκοτεινής ενέργειας παραμένει ελάχιστα κατανοητή.
Στο βασικό σενάριο, λέει ο Economist, η σκοτεινή ενέργεια είναι εγγενής στο κενό του κενού χώρου.
Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, ένα κενό δεν είναι πραγματικά άδειο, αναβράζει με αμέτρητα ζεύγη σωματιδίων και αντισωματιδίων που αναδύονται από το τίποτα, μόνο για να εξαφανίσουν το ένα το άλλο.
Αυτές οι αλληλεπιδράσεις παράγουν μια «ενέργεια κενού» που, πάνω από τις κλίμακες του σύμπαντος, θα μπορούσε να «επεκτείνει» το διάστημα.
Αυτή η θεωρία, βέβαια, δεν είναι χωρίς προβλήματα - όταν οι φυσικοί προσπαθούν να υπολογίσουν σε τι θα ισοδυναμούσε αυτή η πυκνότητα ενέργειας του κενού, παίρνουν μια τιμή μεταξύ 60 και 120 τάξεων μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή που υποστηρίζουν επί του παρόντος τα στοιχεία - ένα φιάσκο γνωστό ως η καταστροφή του κενού.
Συναίνεση
«Η γενική συναίνεση είναι ότι η επίλυση της [καταστροφής] θα απαιτήσει θεμελιώδη νέα διορατικότητα», λέει ο Δρ Huterer.
Εκτός από την καταστροφή του κενού, η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί έναν από τους δύο κεντρικούς πυλώνες του καθιερωμένου μοντέλου της κοσμολογίας, της καλύτερης επιστημονικής περιγραφής της εξέλιξης του σύμπαντος.
Ο άλλος πυλώνας είναι η σκοτεινή ύλη, μια αόρατη μορφή ύλης που αποτελεί το 27% του σύμπαντος.
Η κανονική ύλη, η οποία αποτελείται από αστέρια και γαλαξίες, αντιπροσωπεύει το 5%.
Το τυπικό μοντέλο λέει ότι, αφού το Big Bang έθεσε σε κίνηση τη διαστολή του σύμπαντος, η βαρυτική έλξη μεταξύ των ατόμων οδήγησε αρχικά στο σχηματισμό άστρων και γαλαξιών, ενώ λειτουργούσε και ως τροχοπέδη στη συνολική ανάπτυξη του σύμπαντος.
Καθώς όμως η ποσότητα του κενού χώρου αυξανόταν, αυξήθηκε και η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας και, τελικά, άρχισε να είναι η κύρια επιρροή στην εξέλιξη του σύμπαντος, προκαλώντας την επιταχυνόμενη επέκταση που παρατήρησε ο Δρ Riess πριν από 25 έτη.
Αυτή η διαστολή του σύμπαντος αναμένεται να συνεχιστεί για πάντα, με τους γαλαξίες να απομακρύνονται τελικά ο ένας από την οπτική γωνία του άλλου, ένα φαινόμενο γνωστό ως Μεγάλη Κατάψυξη.
Αλλά αν, όπως προτείνει το Desi, η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας μπορεί να αλλάξει, άλλα σενάρια μπαίνουν στο παιχνίδι: όλο και πιο πυκνή σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε μια μέρα να προκαλέσει τη διάσπαση των ατόμων και ακόμη και του ίδιου του χωροχρόνου, ένα σενάριο γνωστό ως Big Rip.
Αντίθετα, μια σκοτεινή ενέργεια φθίνουσας πυκνότητας θα μπορούσε να κάνει την ύλη και τη βαρύτητα να κυριαρχήσουν ξανά στο σύμπαν, αναδιπλώνοντας το σύμπαν σε ένα αντίστροφο Big Bang, γνωστό ως Big Crunch.
(Οι άνθρωποι δεν χρειάζεται να ανησυχούν πάρα πολύ - ο Ήλιος θα καταπιεί τους πιο εσωτερικούς πλανήτες του ηλιακού συστήματος πολύ πριν συμβεί αυτό.)
Τα προκαταρκτικά ευρήματα του desi ανακοινώθηκαν στην ετήσια συνάντηση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας στην Καλιφόρνια τον Απρίλιο, αμέσως μετά τη δημοσίευση μιας σειράς εργασιών στον arXiv.
Τα έγγραφα περιείχαν τα δεδομένα από το πρώτο έτος της πενταετούς έρευνας του Desi.
Έχοντας ως αποστολή να συλλάβει έναν αόρατο στόχο, το Desi έπρεπε να βρει δημιουργικές, έμμεσες μεθόδους, για να κυνηγήσει και να βρει σημάδια σκοτεινής ενέργειας.
Η κύρια αποστολή του είναι να χαρτογραφήσει την κατανομή των γαλαξιών στο διάστημα.
Θαμμένα σε αυτόν τον χάρτη είναι αποτυπώματα ηχητικών κυμάτων που ταξίδεψαν στο πρώιμο σύμπαν.
Αυτά τα μοτίβα έχουν αυξηθεί καθώς η σκοτεινή ενέργεια έχει προκαλέσει τη διαστολή του σύμπαντος.
Η ανάλυση των πιο μακρινών αποτυπωμάτων δίνει στους κοσμολόγους έναν τρόπο να κοιτάξουν πίσω στον χρόνο, επιτρέποντάς τους να χαρτογραφήσουν την εξέλιξη της σκοτεινής ενέργειας κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών.
Μεγάλη ώρα κρίσης
Τα αποτελέσματα του desi δεν υποδηλώνουν μόνο ότι η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.
Σύμφωνα με τον Δρ Huterer, αυτό που συνέβη είναι ακόμα πιο παράξενο από αυτό: η πυκνότητα αυξήθηκε μέχρι πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια και μετά άρχισε να μειώνεται. Κανείς δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί.
Αν τα αποτελέσματα της ομάδας desi είναι σωστά, θα σήμαινε πλήρη επαναξιολόγηση του τι θα μπορούσε να είναι η σκοτεινή ενέργεια.
«Τη στιγμή που η [σκοτεινή] ενέργεια αλλάζει στον χρόνο, δεν είναι πλέον ενέργεια κενού» λέει ο Bhuvnesh Jain, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια.
Υπάρχουν ήδη εναλλακτικές προτάσεις, με επίκεντρο ένα πεδίο σκοτεινής ενέργειας που ονομάζεται πεμπτουσία, το οποίο διαπερνά όλο τον χώρο και μπορεί να αλλάξει με τον χρόνο.
Ωστόσο, λέει ο Δρ Jain, τα αποτελέσματα του desi όπως είναι τώρα δείχνουν κάτι πιο περίπλοκο από τα πιο απλά μοντέλα πεμπτουσίας.
Το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας, στη σημερινή του μορφή, είναι σπάει.
Δεν είναι λοιπόν περίεργο που τα αποτελέσματα του desi προκαλούν αναστάτωση.
Αλλά αυτές δεν είναι οι μόνες ενοχλητικές ρωγμές στο μοντέλο.
Για παράδειγμα, ορισμένοι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει ότι η ύλη στο κοντινό σύμπαν συσσωρεύεται λιγότερο από ό,τι θα έπρεπε να λέει το τυπικό μοντέλο και ότι το πρώιμο σύμπαν δεν φαίνεται να ήταν τόσο ομοιόμορφο μέρος όσο οι προβλέψεις του τυπικού μοντέλου λένε ότι θα έπρεπε να ήταν.
www.bankingnews.gr
Εξετάζοντας το φως από δεκάδες εκατομμύρια γαλαξίες, το Φασματοσκοπικό Όργανο Σκοτεινής Ενέργειας (desi) βρήκε κάτι εκπληκτικό.
Το Desi , όπως υποδηλώνει το όνομά του, είναι ένα εργαλείο για τη διερεύνηση της φύσης της σκοτεινής ενέργειας, μιας μυστηριώδους οντότητας που αντιπροσωπεύει το 68% των πάντων στο σύμπαν.
Αν και δεν γνωρίζουν ακριβώς περί τίνος πρόκειται, οι επιστήμονες μέχρι τώρα υπέθεταν ότι η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας ήταν η ίδια από την αρχή δημιουργίας του σύμπαντος, πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.
Ωστόσο, τα αρχικά αποτελέσματα του Desi υποδηλώνουν ότι αυτή η υπόθεση είναι λανθασμένη.
Ίσως, λένε οι επιστήμονες, η πυκνότητά του έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.
«Είναι τόσο παράξενο», λέει ο Dragan Huterer από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν.
Εάν τα ευρήματα αποδειχθούν αληθινά, θα προκαλέσουν κρίση στους κόλπους της κοσμολογίας.
Η μελέτη της σκοτεινής ενέργειας είναι εκπληκτικά νέος κλάδος.
Άμεσες αποδείξεις για την ύπαρξή της δεν είχαν εντοπιστεί μέχρι το 1998, όταν οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι εξαιρετικά φωτεινά αστέρια που εκρήγνυνται, ονόματι σουπερνόβα, απομακρύνονταν από τη Γη πολύ πιο γρήγορα από ό,τι θα έπρεπε.
Το συμπέρασμά τους; Όχι μόνο διαστέλλεται το σύμπαν, αλλά και αυτή η διαστολή επιταχύνεται.
«Οι άνθρωποι δεν το περίμεναν αυτό», λέει ο Adam Riess του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, ο οποίος μοιράστηκε το βραβείο Νόμπελ στη φυσική το 2011.
Επειδή είναι δύσκολο να μελετηθεί άμεσα, η πραγματική φύση της σκοτεινής ενέργειας παραμένει ελάχιστα κατανοητή.
Στο βασικό σενάριο, λέει ο Economist, η σκοτεινή ενέργεια είναι εγγενής στο κενό του κενού χώρου.
Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, ένα κενό δεν είναι πραγματικά άδειο, αναβράζει με αμέτρητα ζεύγη σωματιδίων και αντισωματιδίων που αναδύονται από το τίποτα, μόνο για να εξαφανίσουν το ένα το άλλο.
Αυτές οι αλληλεπιδράσεις παράγουν μια «ενέργεια κενού» που, πάνω από τις κλίμακες του σύμπαντος, θα μπορούσε να «επεκτείνει» το διάστημα.
Αυτή η θεωρία, βέβαια, δεν είναι χωρίς προβλήματα - όταν οι φυσικοί προσπαθούν να υπολογίσουν σε τι θα ισοδυναμούσε αυτή η πυκνότητα ενέργειας του κενού, παίρνουν μια τιμή μεταξύ 60 και 120 τάξεων μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή που υποστηρίζουν επί του παρόντος τα στοιχεία - ένα φιάσκο γνωστό ως η καταστροφή του κενού.
Συναίνεση
«Η γενική συναίνεση είναι ότι η επίλυση της [καταστροφής] θα απαιτήσει θεμελιώδη νέα διορατικότητα», λέει ο Δρ Huterer.
Εκτός από την καταστροφή του κενού, η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί έναν από τους δύο κεντρικούς πυλώνες του καθιερωμένου μοντέλου της κοσμολογίας, της καλύτερης επιστημονικής περιγραφής της εξέλιξης του σύμπαντος.
Ο άλλος πυλώνας είναι η σκοτεινή ύλη, μια αόρατη μορφή ύλης που αποτελεί το 27% του σύμπαντος.
Η κανονική ύλη, η οποία αποτελείται από αστέρια και γαλαξίες, αντιπροσωπεύει το 5%.
Το τυπικό μοντέλο λέει ότι, αφού το Big Bang έθεσε σε κίνηση τη διαστολή του σύμπαντος, η βαρυτική έλξη μεταξύ των ατόμων οδήγησε αρχικά στο σχηματισμό άστρων και γαλαξιών, ενώ λειτουργούσε και ως τροχοπέδη στη συνολική ανάπτυξη του σύμπαντος.
Καθώς όμως η ποσότητα του κενού χώρου αυξανόταν, αυξήθηκε και η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας και, τελικά, άρχισε να είναι η κύρια επιρροή στην εξέλιξη του σύμπαντος, προκαλώντας την επιταχυνόμενη επέκταση που παρατήρησε ο Δρ Riess πριν από 25 έτη.
Αυτή η διαστολή του σύμπαντος αναμένεται να συνεχιστεί για πάντα, με τους γαλαξίες να απομακρύνονται τελικά ο ένας από την οπτική γωνία του άλλου, ένα φαινόμενο γνωστό ως Μεγάλη Κατάψυξη.
Αλλά αν, όπως προτείνει το Desi, η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας μπορεί να αλλάξει, άλλα σενάρια μπαίνουν στο παιχνίδι: όλο και πιο πυκνή σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε μια μέρα να προκαλέσει τη διάσπαση των ατόμων και ακόμη και του ίδιου του χωροχρόνου, ένα σενάριο γνωστό ως Big Rip.
Αντίθετα, μια σκοτεινή ενέργεια φθίνουσας πυκνότητας θα μπορούσε να κάνει την ύλη και τη βαρύτητα να κυριαρχήσουν ξανά στο σύμπαν, αναδιπλώνοντας το σύμπαν σε ένα αντίστροφο Big Bang, γνωστό ως Big Crunch.
(Οι άνθρωποι δεν χρειάζεται να ανησυχούν πάρα πολύ - ο Ήλιος θα καταπιεί τους πιο εσωτερικούς πλανήτες του ηλιακού συστήματος πολύ πριν συμβεί αυτό.)
Τα προκαταρκτικά ευρήματα του desi ανακοινώθηκαν στην ετήσια συνάντηση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας στην Καλιφόρνια τον Απρίλιο, αμέσως μετά τη δημοσίευση μιας σειράς εργασιών στον arXiv.
Τα έγγραφα περιείχαν τα δεδομένα από το πρώτο έτος της πενταετούς έρευνας του Desi.
Έχοντας ως αποστολή να συλλάβει έναν αόρατο στόχο, το Desi έπρεπε να βρει δημιουργικές, έμμεσες μεθόδους, για να κυνηγήσει και να βρει σημάδια σκοτεινής ενέργειας.
Η κύρια αποστολή του είναι να χαρτογραφήσει την κατανομή των γαλαξιών στο διάστημα.
Θαμμένα σε αυτόν τον χάρτη είναι αποτυπώματα ηχητικών κυμάτων που ταξίδεψαν στο πρώιμο σύμπαν.
Αυτά τα μοτίβα έχουν αυξηθεί καθώς η σκοτεινή ενέργεια έχει προκαλέσει τη διαστολή του σύμπαντος.
Η ανάλυση των πιο μακρινών αποτυπωμάτων δίνει στους κοσμολόγους έναν τρόπο να κοιτάξουν πίσω στον χρόνο, επιτρέποντάς τους να χαρτογραφήσουν την εξέλιξη της σκοτεινής ενέργειας κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών.
Μεγάλη ώρα κρίσης
Τα αποτελέσματα του desi δεν υποδηλώνουν μόνο ότι η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.
Σύμφωνα με τον Δρ Huterer, αυτό που συνέβη είναι ακόμα πιο παράξενο από αυτό: η πυκνότητα αυξήθηκε μέχρι πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια και μετά άρχισε να μειώνεται. Κανείς δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί.
Αν τα αποτελέσματα της ομάδας desi είναι σωστά, θα σήμαινε πλήρη επαναξιολόγηση του τι θα μπορούσε να είναι η σκοτεινή ενέργεια.
«Τη στιγμή που η [σκοτεινή] ενέργεια αλλάζει στον χρόνο, δεν είναι πλέον ενέργεια κενού» λέει ο Bhuvnesh Jain, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια.
Υπάρχουν ήδη εναλλακτικές προτάσεις, με επίκεντρο ένα πεδίο σκοτεινής ενέργειας που ονομάζεται πεμπτουσία, το οποίο διαπερνά όλο τον χώρο και μπορεί να αλλάξει με τον χρόνο.
Ωστόσο, λέει ο Δρ Jain, τα αποτελέσματα του desi όπως είναι τώρα δείχνουν κάτι πιο περίπλοκο από τα πιο απλά μοντέλα πεμπτουσίας.
Το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας, στη σημερινή του μορφή, είναι σπάει.
Δεν είναι λοιπόν περίεργο που τα αποτελέσματα του desi προκαλούν αναστάτωση.
Αλλά αυτές δεν είναι οι μόνες ενοχλητικές ρωγμές στο μοντέλο.
Για παράδειγμα, ορισμένοι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει ότι η ύλη στο κοντινό σύμπαν συσσωρεύεται λιγότερο από ό,τι θα έπρεπε να λέει το τυπικό μοντέλο και ότι το πρώιμο σύμπαν δεν φαίνεται να ήταν τόσο ομοιόμορφο μέρος όσο οι προβλέψεις του τυπικού μοντέλου λένε ότι θα έπρεπε να ήταν.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών