Astronomia

L'energia in diminuzione del CMBR può essere la fonte di energia oscura?

L'energia in diminuzione del CMBR può essere la fonte di energia oscura?

Mi è stato appena detto che l'energia CMBR diminuisce con il tempo. Può essere che l'energia persa venga in qualche modo trasferita nello spaziotempo, provocando un'accelerazione dell'espansione?


No, l'energia decrescente nel CMB è già ben modellata nelle equazioni di Friedmann. Il termine nel parametro di densità che è proporzionale a $a^{-4}$ è il contributo della densità di energia della radiazione all'evoluzione dell'universo, il termine proporzionale a $a^{-3}$ è la densità di materia (per lo più oscura , ma include la materia ordinaria), $a^{-2}$ è il contributo della curvatura dello spazio-tempo stesso, e il termine senza alcun fattore di $a$ è il contributo dell'energia oscura. La dimensione della densità di radiazione, oggi, è già una piccola frazione della densità della materia (circa lo 0,03% della densità della materia, lo 0,01% della densità complessiva dell'universo - la materia ordinaria è circa il 5% complessiva).

L'ultima volta che la densità di energia nei campi di radiazione era della stessa dimensione di quella che c'è nei campi di materia era di circa $z=3.300$.

Non sono inoltre d'accordo con la risposta di @J.Chomel: l'energia immagazzinata nel campo di radiazioni sta diminuendo. Quindi la densità di energia nel campo di radiazione scala come $a^{-4}$ e il volume scala come $a^3$. Poiché l'energia totale è la densità di energia moltiplicata per il volume, l'energia totale scala come $a^{-1}$, proprio come ci si aspetterebbe con il numero di fotoni fissati, ma l'energia in ogni fotone scala come $a^ {-1}$ all'aumentare della lunghezza d'onda.


Una scoperta dell'energia oscura ha appena dimostrato che Einstein si sbagliava? Non proprio.

La più grande indagine sulla galassia mai effettuata suggerisce che il nostro cosmo non è così grumoso come dovrebbe essere. Quella mancanza di grumi potrebbe significare che c'è una discrepanza con Einstein teoria della relatività generale, che gli scienziati usano per capire come si sono evolute le strutture del nostro universo nell'arco di 13 miliardi di anni.

"Se questa disparità è vera, allora forse Einstein si sbagliava", ha detto Niall Jeffrey, uno dei co-leader del Dark Energy Survey (DES) e cosmologo all'École Normale Supérieure, a Parigi, ha detto alla BBC News

Il team del DES ha compilato un catalogo di centinaia di milioni di galassie e ha utilizzato minuscole distorsioni nelle forme di quelle galassie per misurare le statistiche vitali dell'universo. Quasi tutte queste misurazioni hanno confermato la prevalente Big Bang modello di cosmologia, in cui tutta la materia dell'universo si è espansa da un punto incredibilmente caldo e incredibilmente piccolo.

Ma una di quelle misurazioni &mdash l'ingombro della materia &mdash era un po' fuori luogo. Se l'universo è più liscio del pensiero, ciò significherebbe che la nostra comprensione di come le strutture si evolvono nell'universo, che si basa sulla teoria della relatività generale di Einstein, sarebbe sbagliata.

Mentre alcuni titoli di notizie già proclamano che Einstein aveva torto e che i fisici devono rivedere i loro modelli, la realtà è molto più sfumata. Questo perché la discrepanza non è ancora una schiacciata statistica.


Ulteriori letture

Ricorda, se vedi una notizia che potrebbe meritare attenzione, faccelo sapere! (Nota: se la storia proviene da Associated Press, FOX News, MSNBC, il New York Times, o un altro importante media nazionale, molto probabilmente ne avremo già sentito parlare.) E grazie a tutti i nostri lettori che ci hanno inviato ottimi suggerimenti per le notizie. Se non hai preso tutte le ultime Notizie da sapere, perché non dai un'occhiata per vedere cosa ti sei perso?

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Energia Oscura contro Materia Oscura

Non c'è energia globale conservata in un universo in espansione. Vedere qui:

A rigor di termini, poiché nel nostro miglior modello attuale il nostro universo è spazialmente infinito, anche l'"energia totale" del nostro universo sarebbe infinita. Ma anche in a finito universo con energia oscura (ad esempio, uno spaziotempo FRW spazialmente chiuso con una costante cosmologica positiva), l'"energia totale" (densità di energia oscura integrata sul volume spaziale) cambierebbe con il tempo, e questo è prevedibile.

Certo, l'origine dell'energia oscura è una questione aperta. Penso che l'opinione prevalente nel mainstream sia che debba essere spiegata come energia del vuoto. Secondo la teoria quantistica dei campi, anche nel vuoto esistono fluttuazioni di campo dovute al principio di indeterminazione di Heisenberg. Quindi, naturalmente, si potrebbe pensare che l'energia di queste fluttuazioni possa essere la fonte dell'energia oscura osservata in cosmologia. Tuttavia, c'è un'enorme discrepanza tra il valore osservato dell'energia oscura (a.k.a. costante cosmologica) e il valore teorico proveniente da QFT. Il valore previsto è superiore di 120 ordini rispetto al valore osservato.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Cosmological_constant_problem

Quindi chiaramente non abbiamo ancora una spiegazione soddisfacente. Forse non lo sapremo finché non avremo una teoria completa della gravità quantistica

@PeterDonis Ok, quindi dici che i campi scalari possono farlo, esempi IIRC di campi scalari noti sarebbero anche il campo B (statico), il campo E (statico), il campo EM, la gravità, altri?
I campi E, B, EM o gravitazionali possono fare qualcosa di simile a ciò che sta accadendo all'energia oscura/vuota?

Permettetemi di chiedere ancora una cosa per quanto riguarda l'argomento in questione, normalmente associamo un campo a una sorgente, come il campo E e la sua carica della sorgente o gravità e massa, quindi il modo in cui immagino in condizioni ordinarie se ho un oggetto che ha carica e massa è una sorgente sia per il campo E che per la gravità
Qual è la fonte di energia oscura/vuota?
La fonte è nota o ipotetica al momento?

Sembra che a differenza della materia e dei campi associati alla materia, la fonte dell'energia oscura sembra essere ovunque contemporaneamente e fondamentalmente legata allo spazio-tempo.


Energia oscura

Alla fine degli anni '90, gli astronomi hanno trovato prove che l'espansione dell'universo non stava rallentando a causa della gravità come previsto. Invece, la velocità di espansione stava aumentando. Qualcosa doveva alimentare questo universo in accelerazione e, in parte a causa della sua natura sconosciuta, questo "qualcosa" era chiamato energia oscura.

Hubble svolge un ruolo importante nel verificare, caratterizzare e limitare l'energia oscura. Sia le osservazioni di Hubble che quelle da terra misurano un tipo speciale di esplosione stellare, una supernova nana bianca, per misurare con precisione le distanze delle galassie.

All'interno della regione Hubble Deep Field-North, gli astronomi hanno individuato un bagliore di luce proveniente da una delle supernovae più lontane mai viste. In una vista ravvicinata di quella regione (a sinistra) una freccia bianca indica una debole ellittica, la sede dell'esplosione di SN 1997ff. La stessa supernova (a destra) si distingue per il punto bianco al centro. Credito: NASA, Adam Riess (STScI) COMUNICATO STAMPA: 2001-09 >

Una galassia situata a un miliardo di anni luce di distanza fornisce un punto dati per l'universo com'era un miliardo di anni fa. Nel frattempo, mentre l'universo si espande, la luce che viaggia verso la Terra da galassie lontane (e le loro supernove) si estende a lunghezze d'onda più lunghe e crea un fenomeno chiamato redshift cosmologico. I redshift cosmologici delle galassie a distanze diverse forniscono una storia dell'espansione dell'universo nel tempo.

Tuttavia, solo Hubble ha avuto la risoluzione di estendere queste osservazioni a galassie molto distanti. La scoperta della supernova 1997ff, situata a circa 10 miliardi di anni luce di distanza, ha fornito prove dell'energia oscura.

Circa a metà della storia dell'universo, diversi miliardi di anni fa, l'energia oscura divenne dominante e l'espansione accelerò. Mentre gli studi a terra avevano misurato questo periodo di accelerazione, l'osservazione di Hubble del 1997 e segg. si estendeva alla parte in decelerazione dell'espansione. Questo passaggio tra due diverse ere dell'universo &mdash un cambiamento da un universo in decelerazione ad un universo in accelerazione &mdash ha mostrato che l'energia oscura esiste.

Hubble ha continuato a esplorare la natura dell'energia oscura con osservazioni come il Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS), strutturato per aiutare a scoprire supernove lontane.

Le 42 supernove trovate da Hubble non solo hanno consolidato le conclusioni sull'energia oscura, ma hanno anche iniziato a limitare alcune delle sue possibili spiegazioni. I successivi risultati di Hubble hanno identificato come presto nell'universo l'energia oscura ha iniziato a influenzare l'espansione e ha limitato l'attuale tasso di espansione.

L'opinione che emerse fu che l'energia oscura era coerente con la forza lenta e costante della costante cosmologica di Einstein, un concetto che il fisico aveva inizialmente introdotto nelle sue equazioni per impedire il collasso del suo universo teorico, poi ritirato quando l'espansione dell'universo era scoperto. Ma invece di mantenere l'universo in uno stato stazionario, l'energia oscura si sta spingendo verso l'esterno per espandere l'universo sempre più velocemente. La scoperta dell'energia oscura è stata riconosciuta dal Premio Nobel per la Fisica nel 2011.

Gli astronomi ora sanno che c'è molto di più nell'universo di quanto sembri. La materia normale luminosa e non luminosa costituisce circa il 4% della massa totale e della densità energetica dell'universo. La materia oscura, che non emette luce e non può essere osservata direttamente, costituisce un altro 24% del totale, mentre l'energia oscura domina con circa il 72%. La maggior parte dell'universo è sconosciuta e rilevata solo indirettamente. Possiamo vedere i suoi effetti sulle galassie e l'espansione dell'universo, ma dobbiamo ancora identificare la fonte sottostante. Può sembrare inquietante, ma per uno scienziato è eccitante. Ci sono altri grandi misteri da esplorare e risolvere!


Risposte e risposte

"Energia oscura" è un nome attraente per qualcosa che non abbiamo prove sia un'energia.
Può tendere a confondere e fuorviare le persone usare la parola "energia" in questo contesto.

Non ci sono prove che lo spazio sia una sostanza materiale. Fondamentalmente stiamo parlando di geometria e le equazioni che sono state proposte per governarne lo sviluppo e il cambiamento.

È importante non dare per scontata un'idea greca tradizionale della geometria. Abbiamo scoperto che cambia secondo la sua stessa legge. Non abbiamo il diritto di presumere che la somma degli angoli di un triangolo sia sempre 180. Il motivo per cui lo fanno in alcune circostanze e non in altre è spiegato dalla legge accettata della geometria. Non abbiamo il diritto di presumere che le distanze una volta che iniziano ad aumentare non continuerà ad aumentare (anche se l'"energia oscura" o la costante di curvatura cosmologica fossero zero). I cambiamenti graduali nel tasso di incremento sono secondo la legge accettata della geometria.

Non sappiamo se la legge è assolutamente corretta. È semplicemente la migliore (più precisa, ampiamente applicabile, semplice, affidabile) legge della geometria che abbiamo finora. Funziona.
Potrebbe essere migliorato un giorno, ma per il momento è accettato. Ha una curvatura costante in esso. Finora non ci sono prove convincenti che attribuiscano questa costante a un'"energia". L'evidenza osservativa è andata nella direzione opposta --- che è semplicemente una costante naturale, come altre costanti fisiche di base. Dovremo aspettare e vedere.

La costante cosmologica Lambda (che alcuni chiamano "energia oscura") ha finora giocato un ruolo molto minore. Anche se quella costante fosse zero, la geometria sarebbe ancora in espansione. L'immagine mentale che offri di pompare qualcosa nello spazio per farlo espandere non è una buona immagine mentale. La geometria si espande perché è quello che fanno molte soluzioni dell'equazione GR, e ci troviamo in una delle soluzioni in espansione. L'equazione ha in sé una tendenza naturale per processi come questo a continuare (sebbene il tasso possa cambiare gradualmente) senza alcun input esterno.

Potresti dare un'occhiata a un articolo intitolato "Perché tutti questi pregiudizi contro una costante?" di Rovelli.
Basta cercare su Google "pregiudizi rovelli" e dovresti averlo. Se non funziona, per favore fatemelo sapere.


Piano focale section.png

Lo strumento DESI è stato installato sul telescopio da 4 metri Nicholas U. Mayall al Kitt Peak National Observatory, un programma del NOIRLab della National Science Foundation (NSF), che ha consentito al Dipartimento dell'Energia di utilizzare il Mayall Telescope per l'indagine DESI. Lo strumento include nuove ottiche che aumentano il campo visivo del telescopio e include 5.000 fibre ottiche controllate da robot per raccogliere dati spettroscopici da un numero uguale di oggetti nel campo visivo del telescopio.

"Non stiamo usando i telescopi più grandi", ha detto David Schlegel del Berkeley Lab, che è lo scienziato del progetto DESI. "È che gli strumenti sono migliori e molto altamente multiplexati, il che significa che possiamo catturare la luce da molti oggetti diversi contemporaneamente".

In effetti, il telescopio "punta letteralmente verso 5.000 diverse galassie contemporaneamente", ha detto Schlegel. Ogni notte, spiega, mentre il telescopio viene spostato in una posizione target, le fibre ottiche si allineano per raccogliere la luce dalle galassie mentre viene riflessa dallo specchio del telescopio. Da lì, la luce viene immessa in una banca di spettrografi e camere CCD per ulteriori elaborazioni e studi.

"È davvero una fabbrica quella che abbiamo: una fabbrica di spettri", ha affermato il responsabile della convalida del sondaggio, Christophe Yeche, anche lui cosmologo presso il CEA. “Possiamo raccogliere 5.000 spettri ogni 20 minuti. In una buona notte, raccogliamo spettri da circa 150.000 oggetti”.

"Ma non è solo l'hardware dello strumento che ci ha portato a questo punto, è anche il software dello strumento, il sistema nervoso centrale di DESI", ha affermato Klaus Honscheid, professore di fisica alla Ohio State University che ha diretto la progettazione del controllo e monitoraggio dello strumento DESI. sistemi. Accredita decine di persone nel suo gruppo e in tutto il mondo che hanno costruito e testato migliaia di componenti DESI, la maggior parte dei quali sono unici per lo strumento.

Gli spettri raccolti da DESI sono le componenti della luce corrispondenti ai colori dell'arcobaleno. Le loro caratteristiche, inclusa la lunghezza d'onda, rivelano informazioni come la composizione chimica degli oggetti osservati, nonché informazioni sulla loro distanza e velocità relative.

Man mano che l'universo si espande, le galassie si allontanano l'una dall'altra e la loro luce viene spostata su lunghezze d'onda più lunghe e rosse. Più la galassia è lontana, maggiore è il suo redshift. Misurando il redshift delle galassie, i ricercatori DESI creeranno una mappa 3D dell'universo. La distribuzione dettagliata delle galassie nella mappa dovrebbe fornire nuove informazioni sull'influenza e la natura dell'energia oscura.

"L'energia oscura è uno dei fattori chiave della scienza per DESI", ha affermato il co-portavoce del progetto Kyle Dawson, professore di fisica e astronomia presso l'Università dello Utah. “L'obiettivo non è tanto scoprire quanta ce ne sia – sappiamo che circa il 70% dell'energia nell'universo oggi è energia oscura – ma studiarne le proprietà”.

L'universo si sta espandendo a una velocità determinata dal suo contenuto energetico totale, spiega Dawson. Mentre lo strumento DESI guarda nello spazio e nel tempo, ha detto, "possiamo letteralmente scattare istantanee oggi, ieri, 1 miliardo di anni fa, 2 miliardi di anni fa, il più indietro possibile nel tempo. Possiamo quindi capire il contenuto energetico in queste istantanee e vedere come si sta evolvendo".

Jim Siegrist, direttore associato per la fisica delle alte energie presso il DOE, ha dichiarato: "Siamo entusiasti di vedere l'inizio di DESI, il primo progetto di energia oscura di nuova generazione per iniziare la sua indagine scientifica. Insieme alla sua missione principale di studi sull'energia oscura, il set di dati sarà utilizzato dalla più ampia comunità scientifica per una moltitudine di studi di astrofisica.

DESI è supportato dal DOE Office of Science e dal National Energy Research Scientific Computing Center, una struttura per gli utenti del DOE Office of Science. Un ulteriore supporto per DESI è fornito dalla US National Science Foundation, dal Science and Technologies Facilities Council del Regno Unito, dalla Gordon and Betty Moore Foundation, dalla Heising-Simons Foundation, dalla French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), dalla Consiglio Nazionale della Scienza e della Tecnologia del Messico, il Ministero dell'Economia della Spagna e dalle istituzioni membri del DESI.

La collaborazione DESI è onorata di poter condurre ricerche astronomiche su Iolkam Du'ag (Kitt Peak), una montagna con un significato particolare per la Nazione Tohono O'odham.

Nota del redattore: questa storia si basa su un comunicato stampa del Lawrence Berkeley National Laboratory.

Per domande o commenti, contattare l'Ufficio delle comunicazioni SLAC all'indirizzo [email protected]ford.edu.

SLAC è un vivace laboratorio multiprogramma che esplora come funziona l'universo alle scale più grandi, più piccole e più veloci e inventa potenti strumenti utilizzati dagli scienziati di tutto il mondo. Con ricerche che abbracciano la fisica delle particelle, l'astrofisica e la cosmologia, i materiali, la chimica, le scienze bio ed energetiche e l'informatica scientifica, aiutiamo a risolvere i problemi del mondo reale e a promuovere gli interessi della nazione.


Energia oscura: la mappa fornisce indizi su cosa sia, ma approfondisce la disputa sul tasso di espansione cosmica

L'energia oscura è uno dei più grandi misteri della scienza odierna. Ne sappiamo molto poco, a parte che è invisibile, riempie l'intero universo e allontana le galassie l'una dall'altra. Questo sta facendo espandere il nostro cosmo a un ritmo accelerato. Ma cos'è? Una delle spiegazioni più semplici è che si tratta di una "costante cosmologica" - un risultato dell'energia dello spazio vuoto stesso - un'idea introdotta da Albert Einstein.

Tuttavia, molti fisici non sono soddisfatti di questa spiegazione. Vogliono una descrizione più fondamentale della sua natura. È un nuovo tipo di campo energetico o un fluido esotico? O è un segno che le equazioni di gravità di Einstein sono in qualche modo incomplete? Inoltre, non capiamo davvero l'attuale tasso di espansione dell'universo.

Ora il nostro progetto, il Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), ha fornito alcune risposte. Il nostro lavoro è stato pubblicato come una serie di 23 pubblicazioni, alcune delle quali sono ancora in fase di revisione paritaria, che descrivono la più grande mappa cosmologica tridimensionale mai creata.

Attualmente, l'unico modo in cui possiamo sentire la presenza dell'energia oscura è con le osservazioni dell'universo lontano. Più le galassie sono lontane, più ci appaiono giovani. Questo perché la luce che emettono ha impiegato milioni o addirittura miliardi di anni per raggiungere i nostri telescopi. Grazie a questa sorta di macchina del tempo, possiamo misurare diverse distanze nello spazio in diversi tempi cosmici, aiutandoci a capire quanto velocemente si sta espandendo l'universo.

Utilizzando il telescopio Sloan Digital Sky Survey, abbiamo misurato più di due milioni di galassie e quasar, oggetti estremamente luminosi e distanti alimentati da buchi neri, negli ultimi due decenni. Questa nuova mappa copre circa 11 miliardi di anni di storia cosmica che era essenzialmente inesplorata, insegnandoci l'energia oscura come mai prima d'ora.

Telescopio SDSS. Credito immagine: Sloan Digital Sky Survey/wikipedia, CC BY-SA

I nostri risultati mostrano che circa il 69 percento dell'energia del nostro universo è energia oscura. Dimostrano anche, ancora una volta, che la forma più semplice di energia oscura di Einstein, la costante cosmologica, concorda di più con le nostre osservazioni.

Quando si combinano le informazioni della nostra mappa con altre sonde cosmologiche, come il fondo cosmico a microonde, la luce rimasta dal big bang, sembrano tutti preferire la costante cosmologica alle spiegazioni più esotiche dell'energia oscura.

Espansione cosmica controversa

I risultati forniscono anche una migliore comprensione di alcune recenti controversie sul tasso di espansione dell'universo odierno e sulla geometria dello spazio.

Combinare le nostre osservazioni con gli studi sull'universo nella sua infanzia rivela crepe nella nostra descrizione della sua evoluzione. In particolare, la nostra misurazione dell'attuale tasso di espansione dell'universo è inferiore di circa il 10% rispetto al valore trovato utilizzando metodi diretti per misurare le distanze delle galassie vicine. Entrambi questi metodi affermano che il loro risultato è corretto e molto preciso, quindi la loro differenza non può essere semplicemente un caso statistico.

La precisione di eBOSS migliora questa crisi. Non esiste una spiegazione ampiamente accettata per questa discrepanza. Può essere che qualcuno abbia commesso un sottile errore in uno di questi studi. Oppure potrebbe essere un segno che abbiamo bisogno di una nuova fisica. Un'eccitante possibilità è che una forma di materia precedentemente sconosciuta proveniente dall'universo primordiale possa aver lasciato una traccia nella nostra storia. Questa è nota come "energia oscura precoce", che si pensava fosse presente quando l'universo era giovane, che potrebbe aver modificato il tasso di espansione cosmica.

Recenti studi sul fondo cosmico a microonde hanno suggerito che la geometria dello spazio potrebbe essere curva invece di essere semplicemente piatta, il che è coerente con la teoria più accettata del big bang. Ma il nostro studio ha concluso che lo spazio è davvero piatto.

Anche dopo questi importanti progressi, i cosmologi di tutto il mondo rimarranno perplessi dall'apparente semplicità dell'energia oscura, dalla piattezza dello spazio e dai controversi valori del tasso di espansione odierno. C'è solo un modo per andare avanti nella ricerca di risposte: creare mappe dell'universo più grandi e dettagliate. Diversi progetti mirano a misurare almeno dieci volte più galassie di quanto abbiamo fatto noi.

Se le mappe di eBOSS sono state le prime ad esplorare un vuoto precedentemente mancante di 11 miliardi di anni della nostra storia, la nuova generazione di telescopi realizzerà una versione ad alta risoluzione dello stesso periodo di tempo. È emozionante pensare al fatto che i sondaggi futuri potrebbero essere in grado di risolvere i restanti misteri sull'espansione dell'universo nel prossimo decennio o giù di lì. Ma sarebbe altrettanto eccitante se rivelassero più sorprese.

Questo articolo è ripubblicato da La conversazione sotto una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.


L'energia oscura sta allontanando l'universo: il Galaxy Evolution Explorer della NASA trova l'energia oscura ripugnante

Un'indagine quinquennale su 200.000 galassie, che risale a sette miliardi di anni fa nel tempo cosmico, ha portato a una delle migliori conferme indipendenti che l'energia oscura sta allontanando il nostro universo a velocità sempre maggiori.

Il sondaggio ha utilizzato i dati del Galaxy Evolution Explorer della NASA e del telescopio anglo-australiano sul Siding Spring Mountain in Australia.

I risultati offrono un nuovo supporto per la teoria preferita di come funziona l'energia oscura, come una forza costante, che influenza uniformemente l'universo e spinge la sua espansione incontrollata. Sono in contraddizione con una teoria alternativa, in cui la gravità, non l'energia oscura, è la forza che spinge lo spazio a parte. Secondo questa teoria alternativa, con la quale i risultati del nuovo sondaggio non sono coerenti, il concetto di gravità di Albert Einstein è sbagliato e la gravità diventa repulsiva invece che attraente quando agisce a grandi distanze.

"L'azione dell'energia oscura è come se si lanciasse una palla in aria, che continuava a salire verso il cielo sempre più velocemente", ha affermato Chris Blake della Swinburne University of Technology di Melbourne, in Australia. Blake è l'autore principale di due articoli che descrivono i risultati apparsi negli ultimi numeri del Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. "I risultati ci dicono che l'energia oscura è una costante cosmologica, come proposto da Einstein. Se la gravità fosse il colpevole, allora non vedremmo questi effetti costanti dell'energia oscura nel tempo".

Si pensa che l'energia oscura domini il nostro universo, costituendone circa il 74%. La materia oscura, una sostanza leggermente meno misteriosa, rappresenta il 22 percento. La cosiddetta materia normale, qualsiasi cosa con atomi, o la materia che compone le creature viventi, i pianeti e le stelle, è solo circa il quattro percento del cosmo.

L'idea dell'energia oscura è stata proposta nel decennio precedente, sulla base di studi su stelle che esplodono lontane chiamate supernovae. Le supernovae emettono una luce costante e misurabile, che le rende le cosiddette "candele standard", che consentono il calcolo della loro distanza dalla Terra. Le osservazioni hanno rivelato che l'energia oscura stava scagliando gli oggetti fuori a velocità sempre maggiori.

Il nuovo sondaggio fornisce due metodi separati per verificare in modo indipendente questi risultati. Questa è la prima volta che gli astronomi eseguono questi controlli nell'intero arco temporale cosmico dominato dall'energia oscura. Gli astronomi hanno iniziato assemblando la più grande mappa tridimensionale delle galassie nell'universo distante, individuata dal Galaxy Evolution Explorer.

"Il Galaxy Evolution Explorer ha aiutato a identificare le giovani galassie luminose, ideali per questo tipo di studio", ha affermato Christopher Martin, investigatore principale della missione presso il California Institute of Technology di Pasadena. "Ha fornito l'impalcatura per questa enorme mappa 3D."

Il team ha acquisito informazioni dettagliate sulla luce per ogni galassia utilizzando il telescopio anglo-australiano e ha studiato il modello di distanza tra di loro. Le onde sonore dell'universo primordiale hanno lasciato impronte nei modelli delle galassie, causando la separazione di coppie di galassie di circa 500 milioni di anni luce.

Blake e i suoi colleghi hanno usato questo "righello standard" per determinare la distanza dalle coppie di galassie alla Terra. Come per gli studi sulle supernove, questi dati sulla distanza sono stati combinati con le informazioni sulla velocità con cui le coppie si stanno allontanando da noi, rivelando, ancora una volta, che il tessuto dello spazio si sta allargando sempre più velocemente.

Il team ha anche utilizzato la mappa delle galassie per studiare come gli ammassi di galassie crescono nel tempo come le città, che alla fine contengono molte migliaia di galassie. Gli ammassi attirano nuove galassie attraverso la gravità, ma l'energia oscura li separa. Rallenta il processo, consentendo agli scienziati di misurare la forza repulsiva dell'energia oscura.

"Le osservazioni degli astronomi negli ultimi 15 anni hanno prodotto una delle scoperte più sorprendenti nella scienza fisica: l'espansione dell'universo, innescata dal big bang, sta accelerando", ha affermato Jon Morse, direttore della divisione di astrofisica presso la sede della NASA a Washington. "Utilizzando metodi completamente indipendenti, i dati del Galaxy Evolution Explorer hanno contribuito ad aumentare la nostra fiducia nell'esistenza dell'energia oscura".


Cosa può insegnarci il formaggio svizzero sull'energia oscura?

Circa 10 anni fa, gli scienziati sono giunti alla sorprendente conclusione che il nostro universo sta accelerando a velocità sempre crescenti, allungando lo spazio e il tempo stesso come formaggio fuso. La forza che sta allontanando l'universo è ancora un mistero, ed è proprio per questo che è stata soprannominata "energia oscura".

Ma l'energia oscura è davvero reale? Il nostro universo sta davvero accelerando? Queste domande restano nella mente di Ali Vanderveld, un cosmologo post-dottorato al JPL. Vanderveld e i suoi colleghi hanno recentemente pubblicato un articolo sulla rivista Physical Review che esamina come i buchi giganti nel nostro universo "simile al formaggio svizzero" potrebbero far sembrare lo spazio accelerato quando in realtà non lo è. Hanno concluso che questi buchi, o vuoti, non sono sufficienti per spiegare l'energia oscura, tuttavia, Vanderveld dice che è importante continuare a mettere in discussione i tratti fondamentali dello spazio stesso in cui viviamo.

"A volte diamo per scontata l'energia oscura", ha detto Vanderveld. "Ma ci sono altre teorie che potrebbero spiegare perché l'universo sembra allontanarsi a velocità sempre più elevate".

Perché gli scienziati pensano che l'universo stia accelerando? Gran parte delle prove proviene da osservazioni effettuate nell'ultimo decennio circa di esplosioni di stelle colossali e molto distanti chiamate supernovae. La fotocamera grandangolare e planetaria 2 di JPL sul telescopio spaziale Hubble della NASA ha contribuito a questa ricerca innovativa. Gli astronomi avevano già capito che lo spazio, sin dal suo inizio circa 13,7 miliardi di anni fa in una tremenda esplosione del "Big Bang", si sta espandendo. Ma non sapevano se questa espansione stesse avvenendo a un ritmo costante e ipotizzavano persino che potesse rallentare. Esaminando supernovae lontane miliardi di anni luce, gli scienziati potrebbero dare un'occhiata a come si comporta l'espansione dello spazio nel tempo.

I risultati sono stati sconcertanti. Le supernove più distanti erano più deboli del previsto, il che suggerirebbe che sono più lontane di quanto si credesse in precedenza. Se sono più distanti, significa che lo spazio tra noi e le supernove si sta espandendo a velocità sempre maggiori. Da allora, ulteriori ricerche hanno indicato un universo in accelerazione.

Un gruppo di ricercatori del Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, Illinois, ha recentemente invocato quello che viene chiamato il modello dell'universo a formaggio svizzero per spiegare perché queste supernove potrebbero sembrare allontanarsi da noi più velocemente di quanto non siano in realtà. L'universo è costituito da grumi di materia intervallati da fori giganti, o vuoti, un po' come il formaggio svizzero. Infatti, l'anno scorso, gli astronomi dell'Università del Minnesota, Twin Cities, hanno riferito di aver trovato il re di tutti i vuoti conosciuti, che coprono un miliardo di anni luce. In altre parole, ci vorrebbe la luce - che detiene il titolo di roba più veloce dell'universo - un miliardo di anni per passare da un lato all'altro del vuoto!

I ricercatori di Fermi hanno affermato che questi vuoti potrebbero trovarsi tra noi e le supernove osservate, agendo come lenti concave per far apparire gli oggetti più deboli e più lontani di quanto non siano in realtà. Se è così, allora la supernova potrebbe non accelerare lontano da noi, dopotutto. La loro teoria affermava di fornire un modo in cui l'energia oscura potrebbe diventare puffa.

Vanderveld e i suoi colleghi della Cornell University, Ithaca, New York, hanno esaminato più da vicino questa teoria e hanno trovato alcuni "buchi". Il gruppo di Fermi aveva ipotizzato che un mucchio di vuoti si sarebbe allineato tra noi e le supernovae, ma il gruppo di Vanderveld ha detto che, in realtà, i vuoti sarebbero stati distribuiti in modo più casuale, di nuovo come il formaggio svizzero. Con questa distribuzione casuale, i vuoti non sono sufficienti per spiegare l'energia oscura.

"La irregolarità dell'universo potrebbe ancora farci credere che stia accelerando", ha detto Vanderveld. "Ma non abbiamo trovato che questo fosse il caso dei nostri migliori modelli attuali dell'universo".

C'è, tuttavia, un'altra possibilità bizzarra che potrebbe significare che un vuoto sta creando l'illusione di un universo in accelerazione. Se il nostro sistema solare si trovasse semplicemente nel mezzo di un vuoto, quel vuoto distorcerebbe le nostre osservazioni. Vanderveld ha detto: "È davvero difficile dire se siamo nel vuoto, ma per la maggior parte questa possibilità è stata esclusa".


Mettere alla prova la teoria

È interessante notare che la teoria di Maeder è verificabile. Ad esempio, possiamo determinare osservativamente la velocità di rotazione delle galassie e confrontare i dati con le previsioni fatte dal suo modello di spazio vuoto. Possiamo anche esaminare il moto delle galassie all'interno di ammassi di galassie per verificare se c'è accordo con il modello proposto.

Gli scienziati hanno proposto la materia oscura solo per spiegare come si muovono le galassie e gli ammassi di galassie a causa di un'attrazione gravitazionale. Ma se lo spazio stesso potesse farli muovere in questo modo? Finora, i test che Maeder descrive sono in accordo con le osservazioni fatte.

Tuttavia, ci sono molti altri test che devono essere eseguiti, Maeder ha studiato solo due ammassi di galassie. E non dimentichiamo l'enorme corpus di lavori che suggeriscono che la materia oscura e l'energia oscura esistono. Yet it is tantalising that, if the hypotheses that Maeder has put forward are correct, then it points to a large revision of our ideas about cosmology.

While we are not there yet, ultimately, the pie chart of mass and energy density of the entire universe may need to be revisited to scrub out the two biggest parts! It’s an exciting time to be a cosmologist.


Guarda il video: Esplorazione delluniverso: le nuove frontiere (Gennaio 2022).