Astronomii au stabilit limitele energiei și ale materiei întunecate din Univers

Astrofizicienii au efectuat o nouă analiză puternică care stabilește cele mai precise limite de până acum în ceea ce privește compoziția și evoluția Universului. Cu această analiză, denumită Pantheon+, cosmologii se află la o răscruce de drumuri.

Pantheon+ constată în mod convingător că, de fapt, cosmosul este compus din aproximativ două treimi energie întunecată și o treime materie – în principal sub formă de materie întunecată – și că se extinde într-un ritm accelerat în ultimele câteva miliarde de ani. Cu toate acestea, Pantheon+ cimentează, de asemenea, un dezacord major cu privire la ritmul acestei expansiuni care nu a fost încă rezolvat.

Punând teoriile cosmologice moderne predominante, cunoscute sub numele de Modelul Standard al Cosmologiei, pe o bază probatorie și statistică și mai solidă, Pantheon+ închide și mai mult ușa în ceea ce privește cadrele alternative care explică energia întunecată și materia întunecată.

Ambele sunt fundamentele modelului standard al cosmologiei, dar nu au fost încă detectate direct și se numără printre cele mai mari mistere ale modelului. În urma rezultatelor obținute de Pantheon+, cercetătorii pot acum să efectueze teste observaționale mai precise și să perfecționeze explicațiile pentru cosmosul aparent.

Noi perspective asupra naturii enigmatice a energiei întunecate

„Cu aceste rezultate Pantheon+, suntem în măsură să punem cele mai precise constrângeri asupra dinamicii și istoriei Universului de până acum”, spune Dillon Brout, bursier Einstein la Centrul de Astrofizică Harvard & Smithsonian. ,,Am analizat datele și acum putem spune cu mai multă încredere decât oricând cum a evoluat Universul de-a lungul eonilor și că cele mai bune teorii actuale privind energia întunecată și materia întunecată sunt solide.”

Brout este autorul principal al unei serii de articole care descriu noua analiză Pantheon+, publicate într-un număr special al revistei The Astrophysical Journal.

Pantheon+ se bazează pe cel mai mare set de date de acest tip, cuprinzând peste 1.500 de explozii stelare numite supernove de tip Ia. Aceste explozii luminoase au loc atunci când stelele pitice albe – rămășițe ale unor stele precum Soarele nostru – acumulează prea multă masă și suferă o reacție termonucleară de fugă.

Deoarece supernovele de tip Ia eclipsează galaxii întregi, detonările stelare pot fi observate la distanțe de peste 10 miliarde de ani-lumină, sau în urmă cu aproximativ trei sferturi din vârsta totală a Universului.

Cele mai precise limite în ceea ce privește compoziția și evoluția Universului

Având în vedere că supernovele strălucesc cu luminozități intrinseci aproape uniforme, oamenii de știință pot folosi luminozitatea aparentă a exploziilor, care scade odată cu distanța, împreună cu măsurătorile de deplasare spre roșu, ca markeri ai timpului și spațiului. Aceste informații, la rândul lor, dezvăluie cât de repede se extinde Universul în diferite epoci, ceea ce este apoi folosit pentru a testa teoriile privind componentele fundamentale ale Universului.

Descoperirea revoluționară din 1998 a creșterii accelerate a Universului s-a datorat unui studiu al supernovelor de tip Ia în acest mod. Oamenii de știință atribuie expansiunea unei energii invizibile, denumită de aceea energie întunecată, inerentă țesăturii Universului însuși.

Decenii de muncă ulterioare au continuat să compileze seturi de date din ce în ce mai mari, dezvăluind supernove pe o gamă și mai largă de spațiu și timp, iar Pantheon+ le-a reunit acum în cea mai solidă analiză statistică de până acum.

„În multe privințe, această ultimă analiză Pantheon+ este o culme a mai mult de două decenii de eforturi asidue depuse de observatori și teoreticieni din întreaga lume pentru a descifra esența Cosmosului”, spune Adam Riess, unul dintre laureații Premiului Nobel pentru Fizică din 2011 pentru descoperirea expansiunii accelerate a Universului.

Universul se extinde într-un mod accelerat

Acum, echipa Pantheon+ a adăugat cu aproximativ 50% mai multe puncte de date de supernove în Pantheon+, împreună cu îmbunătățiri ale tehnicilor de analiză și abordarea surselor potențiale de eroare, ceea ce a dus în cele din urmă la o precizie dublă față de Pantheon original.

Luând datele în ansamblu, noua analiză susține că 66,2% din Univers se manifestă sub formă de energie întunecată, iar restul de 33,8% reprezintă o combinație de materie întunecată și materie.

Pentru a ajunge la o înțelegere și mai cuprinzătoare a componentelor constitutive ale Universului la diferite epoci, Brout și colegii săi au combinat Pantheon+ cu alte măsuri independente și complementare, puternic evidențiate, ale structurii la scară largă a Universului și cu măsurători din cea mai timpurie lumină din Univers, fondul cosmic de microunde.

Un alt rezultat cheie al Pantheon+ se referă la unul dintre obiectivele primordiale ale cosmologiei moderne: stabilirea ratei actuale de expansiune, cunoscută sub numele de constanta lui Hubble. Reunind eșantionul Pantheon+ cu datele provenite din colaborarea SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State), condusă de Riess, se obține cea mai riguroasă măsurătoare locală a ratei actuale de expansiune a Universului.

Cosmosul, compus din aproximativ două treimi energie întunecată și o treime materie

În general, Pantheon+ oferă oamenilor de știință o privire retrospectivă cuprinzătoare asupra unei mari părți din istoria cosmică. Cele mai timpurii și mai îndepărtate supernove din setul de date strălucesc de la o distanță de 10,7 miliarde de ani lumină, adică de când Universul avea aproximativ un sfert din vârsta sa actuală.

În acea epocă anterioară, materia întunecată și gravitația asociată acesteia țineau sub control rata de expansiune. Această stare de lucruri s-a schimbat dramatic în următoarele câteva miliarde de ani, pe măsură ce influența energiei întunecate a copleșit-o pe cea a materiei întunecate. De atunci, energia întunecată a aruncat conținutul cosmosului tot mai departe unul de celălalt și la o rată tot mai mare.

„Cu acest set combinat de date Pantheon+, obținem o imagine precisă a Universului din momentul în care acesta era dominat de materia întunecată până când a devenit dominat de energia întunecată”, spune Brout, potrivit EurekAlert. „Acest set de date reprezintă o oportunitate unică de a vedea cum energia întunecată se activează și conduce evoluția cosmosului la cele mai mari scări până în prezent”.

Studierea acestei schimbări acum, cu dovezi statistice și mai puternice, ar putea duce la noi perspective asupra naturii enigmatice a energiei întunecate.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Cele mai precise măsurători cu Universul de până acum arată că ceva ciudat se întâmplă

Universul a fost recreat în Minecraft. Cât a durat totul?

Telescopul Webb a fotografiat o galaxie care conține cele mai vechi stele din Univers

Oamenii de știință au creat cea mai rece materie din Univers