Astrofizikçiler, evrenin bileşimine ve evrimine şimdiye kadarki en kesin sınırları koyan güçlü ve yeni bir analiz gerçekleştirdiler. Pantheon+ olarak adlandırılan bu analizle kozmologlar kendilerini bir yol ayrımında buluyorlar.
Pantheon+ ikna edici bir şekilde, kozmosun yaklaşık üçte ikisinin karanlık enerjiden ve üçte birinin maddeden (çoğunlukla karanlık madde biçiminde) oluştuğunu ve son birkaç milyar yılda artan bir hızla genişlediğini buluyor. Ancak Pantheon+, bu genişlemenin hızı konusunda henüz çözülmemiş olan büyük bir anlaşmazlığı da pekiştiriyor.
Pantheon+, Standart Kozmoloji Modeli olarak bilinen yaygın modern kozmolojik teorileri daha da sağlam kanıtlara ve istatistiksel temellere oturtarak, karanlık enerji ve karanlık maddeyi açıklayan alternatif çerçevelere kapıyı daha da kapatıyor. Her ikisi de Standart Kozmoloji Modeli’nin temel taşlarıdır, ancak henüz doğrudan tespit edilmemiştir ve modelin en büyük gizemleri arasında yer almaktadır. Pantheon+’ın sonuçlarını takip eden araştırmacılar, artık sözde kozmos için açıklamalar geliştirebilirler.
Center for Astrophysics | Bilim ve Smithsonian. “Verileri taradık ve artık evrenin çağlar boyunca nasıl geliştiğini ve karanlık enerji ve karanlık madde için mevcut en iyi teorilerin güçlü olduğunu her zamankinden daha fazla güvenle söyleyebiliriz.”
Brout, bugün The Astrophysical Journal’ın özel sayısında ortaklaşa yayınlanan yeni Pantheon+ analizini açıklayan bir dizi makalenin baş yazarıdır.
Pantheon+, Tip Ia süpernova adı verilen 1.500’den fazla yıldız patlaması içeren türünün en büyük veri kümesine dayanmaktadır. Bu parlak patlamalar, beyaz cüce yıldızlar – güneşimiz gibi yıldızların kalıntıları – çok fazla kütle biriktirdiğinde ve kaçak bir termonükleer reaksiyona girdiğinde meydana gelir. Tip Ia süpernovaları tüm galaksileri gölgede bıraktığı için, yıldız patlamaları 10 milyar ışıkyılını aşan mesafelerde veya evrenin toplam yaşının yaklaşık dörtte üçü boyunca görülebiliyor. Süpernovaların neredeyse tekdüze içsel parlaklıklarla parladığı göz önüne alındığında, bilim adamları patlamaların mesafeyle azalan görünür parlaklığının yanı sıra zaman ve uzayın belirteçleri olarak kırmızıya kayma ölçümlerini kullanabilirler. Bu bilgi, sırayla, evrenin farklı dönemlerde ne kadar hızlı genişlediğini ortaya koyuyor ve bu da daha sonra evrenin temel bileşenlerine ilişkin teorileri test etmek için kullanılıyor.
“Verileri taradık ve artık evrenin çağlar boyunca nasıl geliştiğini ve karanlık enerji ve karanlık madde için mevcut en iyi teorilerin güçlü olduğunu her zamankinden daha fazla güvenle söyleyebiliriz.”
— Dillon Brout, Astrofizik Merkezi üyesi
1998’de evrenin hızlanan büyümesine ilişkin çığır açan keşif, Tip Ia süpernovaların bu şekilde incelenmesi sayesinde oldu. Bilim adamları genişlemeyi görünmez bir enerjiye, bu nedenle evrenin kendi dokusuna içkin olan karanlık enerjiye bağlarlar. Sonraki on yıllar boyunca yapılan çalışmalar, daha da geniş bir uzay ve zaman aralığında süpernovaları ortaya çıkaran çok daha büyük veri kümelerini derlemeye devam etti ve Pantheon+ şimdi bunları istatistiksel olarak bugüne kadarki en sağlam analizde bir araya getirdi.
2011 Nobel Fizik Ödülü’nü kazananlardan biri olan Adam Riess, “Pek çok yönden, bu son Pantheon+ analizi, dünya çapındaki gözlemciler ve teorisyenlerin kozmosun özünü çözmek için yirmi yılı aşkın süredir yürüttüğü gayretli çabalarının bir sonucudur” diyor. Evrenin hızlanan genişlemesinin keşfi ve Johns Hopkins Üniversitesi’nde ve Baltimore, Maryland’deki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nde Bloomberg Seçkin Profesörü için. Riess aynı zamanda Bilim Üniversitesi mezunudur ve doktora derecesine sahiptir. astrofizikte.
Brout’un kozmoloji alanındaki kariyeri, kendisine Riess tarafından öğretildiği ve tavsiyeler verildiği JHU’daki lisans yıllarına kadar uzanır. Orada Brout, o zamanki doktora öğrencisi ve Riess’in danışmanlığını yaptığı, şu anda Duke Üniversitesi’nde fizik alanında yardımcı doçent ve yeni makale dizisinde başka bir ortak yazar olan Dan Scolnic ile çalıştı.
Birkaç yıl önce Scolnic, yaklaşık 1.000 süpernovanın orijinal Pantheon analizini geliştirdi.
Şimdi, Brout ve Scolnic ve yeni Pantheon+ ekibi, Pantheon+’a yüzde 50 kadar daha fazla süpernova veri noktası eklediler, analiz tekniklerindeki iyileştirmeler ve potansiyel hata kaynaklarını ele aldılar, bu da sonuçta orijinal Pantheon’un iki katı kesinlik sağladı.
Verileri bir bütün olarak ele alan yeni analiz, evrenin yüzde 66,2’sinin karanlık enerji olarak tezahür ettiğini, kalan yüzde 33,8’in ise karanlık madde ve maddenin bir kombinasyonu olduğunu gösteriyor. Farklı çağlarda evreni oluşturan bileşenler hakkında daha kapsamlı bir anlayışa ulaşmak için, Brout ve meslektaşları, Pantheon+’u evrenin büyük ölçekli yapısının diğer güçlü bir şekilde kanıtlanmış, bağımsız ve tamamlayıcı ölçümleriyle ve dünyanın en eski ışığından itibaren yapılan ölçümlerle birleştirdiler. evren, kozmik mikrodalga arka planı.
Bir diğer önemli Pantheon+ sonucu, modern kozmolojinin en önemli hedeflerinden biriyle ilgilidir: Hubble sabiti olarak bilinen, evrenin mevcut genişleme oranını düşürmek. Pantheon+ örneğini, Riess liderliğindeki SH0ES (Devlet Denklemi için Supernova H0) işbirliğinden elde edilen verilerle bir araya getirmek, evrenin mevcut genişleme oranının en katı yerel ölçümüyle sonuçlanır.
Pantheon+ ve SH0ES birlikte, yalnızca yüzde 1,3 belirsizlikle megaparsek başına saniyede 73,4 kilometrelik bir Hubble sabiti buluyor. Başka bir deyişle, her megaparsek veya 3,26 milyon ışıkyılı için analiz, yakın evrende uzayın kendisinin saatte 160.000 milin üzerinde bir hızla genişlediğini tahmin ediyor.
Bununla birlikte, evren tarihinin tamamen farklı bir döneminden gözlemler, farklı bir hikaye öngörüyor. Evrenin en eski ışığı olan kozmik mikrodalga arka planının ölçümleri, mevcut Standart Kozmoloji Modeli ile birleştirildiğinde, sürekli olarak Hubble sabitini, Tip Ia süpernovalar ve diğer astrofiziksel belirteçler yoluyla alınan gözlemlerden önemli ölçüde daha düşük bir oranda tutturur. İki metodoloji arasındaki bu büyük tutarsızlık, Hubble gerilimi olarak adlandırıldı.
Yeni Pantheon+ ve SH0ES veri kümeleri, bu Hubble gerilimini artırıyor. Aslında gerilim, fizikçilerin olası istatistiksel tesadüfler ile buna göre anlaşılması gereken bir şeyi birbirinden ayırmak için kullandıkları önemli 5-sigma eşiğini (rastgele şans nedeniyle ortaya çıkma olasılığının yaklaşık milyonda bir) geçmiştir. Bu yeni istatistiksel seviyeye ulaşmak, hem teorisyenler hem de astrofizikçiler için Hubble sabiti tutarsızlığını açıklamaya çalışma zorluğunu vurgulamaktadır.
Brout, “Veri kümemizde bu sorunlara yeni bir çözüm bulmak için ipuçları bulmanın mümkün olacağını düşündük, ancak bunun yerine verilerimizin bu seçeneklerin çoğunu dışladığını ve derin tutarsızlıkların her zamanki gibi inatçı kaldığını görüyoruz” diyor. .
Pantheon+ sonuçları, Hubble geriliminin çözümünün nerede olduğunu göstermeye yardımcı olabilir. Brout, “Birçok yeni teori, evrenin çok erken dönemlerinde egzotik yeni fiziğe işaret etmeye başladı, ancak bu tür doğrulanmamış teorilerin bilimsel sürece dayanması gerekiyor ve Hubble gerilimi büyük bir zorluk olmaya devam ediyor” diyor.
Genel olarak, Pantheon+ bilim insanlarına kozmik tarihin çoğuna kapsamlı bir bakış sunuyor. Veri kümesindeki en erken, en uzak süpernova, 10,7 milyar ışıkyılı uzaklıktan, yani evrenin kabaca şu anki yaşının dörtte biri olduğu zamandan parlıyor. O eski çağda, karanlık madde ve onunla ilişkili yerçekimi, evrenin genişleme oranını kontrol altında tutuyordu. Karanlık enerjinin etkisi, karanlık maddenin etkisine galip geldiğinden, bu tür durumlar önümüzdeki birkaç milyar yıl içinde önemli ölçüde değişti. Karanlık enerji o zamandan beri kozmosun içeriğini birbirinden çok daha uzağa ve giderek artan bir hızla fırlattı.
Brout, “Bu birleştirilmiş Pantheon+ veri kümesiyle, evrene karanlık maddenin hakim olduğu zamandan karanlık enerjinin hakim olduğu zamana kadar evren hakkında kesin bir görüş elde ediyoruz” diyor. “Bu veri seti, karanlık enerjinin devreye girdiğini görmek ve kozmosun evrimini şimdiki zamana kadar en büyük ölçeklerde yönlendirmek için eşsiz bir fırsat.”
Bu değişimi şimdi daha güçlü istatistiksel kanıtlarla incelemek, umarım karanlık enerjinin esrarengiz doğasına dair yeni içgörülere yol açacaktır.
Brout, “Pantheon+ bize karanlık enerjiyi, kökenlerini ve evrimini sınırlamak için bugüne kadarki en iyi şansı veriyor” diyor.
İlgili
Pantheon+ ikna edici bir şekilde, kozmosun yaklaşık üçte ikisinin karanlık enerjiden ve üçte birinin maddeden (çoğunlukla karanlık madde biçiminde) oluştuğunu ve son birkaç milyar yılda artan bir hızla genişlediğini buluyor. Ancak Pantheon+, bu genişlemenin hızı konusunda henüz çözülmemiş olan büyük bir anlaşmazlığı da pekiştiriyor.
Pantheon+, Standart Kozmoloji Modeli olarak bilinen yaygın modern kozmolojik teorileri daha da sağlam kanıtlara ve istatistiksel temellere oturtarak, karanlık enerji ve karanlık maddeyi açıklayan alternatif çerçevelere kapıyı daha da kapatıyor. Her ikisi de Standart Kozmoloji Modeli’nin temel taşlarıdır, ancak henüz doğrudan tespit edilmemiştir ve modelin en büyük gizemleri arasında yer almaktadır. Pantheon+’ın sonuçlarını takip eden araştırmacılar, artık sözde kozmos için açıklamalar geliştirebilirler.
Center for Astrophysics | Bilim ve Smithsonian. “Verileri taradık ve artık evrenin çağlar boyunca nasıl geliştiğini ve karanlık enerji ve karanlık madde için mevcut en iyi teorilerin güçlü olduğunu her zamankinden daha fazla güvenle söyleyebiliriz.”
Brout, bugün The Astrophysical Journal’ın özel sayısında ortaklaşa yayınlanan yeni Pantheon+ analizini açıklayan bir dizi makalenin baş yazarıdır.
Pantheon+, Tip Ia süpernova adı verilen 1.500’den fazla yıldız patlaması içeren türünün en büyük veri kümesine dayanmaktadır. Bu parlak patlamalar, beyaz cüce yıldızlar – güneşimiz gibi yıldızların kalıntıları – çok fazla kütle biriktirdiğinde ve kaçak bir termonükleer reaksiyona girdiğinde meydana gelir. Tip Ia süpernovaları tüm galaksileri gölgede bıraktığı için, yıldız patlamaları 10 milyar ışıkyılını aşan mesafelerde veya evrenin toplam yaşının yaklaşık dörtte üçü boyunca görülebiliyor. Süpernovaların neredeyse tekdüze içsel parlaklıklarla parladığı göz önüne alındığında, bilim adamları patlamaların mesafeyle azalan görünür parlaklığının yanı sıra zaman ve uzayın belirteçleri olarak kırmızıya kayma ölçümlerini kullanabilirler. Bu bilgi, sırayla, evrenin farklı dönemlerde ne kadar hızlı genişlediğini ortaya koyuyor ve bu da daha sonra evrenin temel bileşenlerine ilişkin teorileri test etmek için kullanılıyor.
“Verileri taradık ve artık evrenin çağlar boyunca nasıl geliştiğini ve karanlık enerji ve karanlık madde için mevcut en iyi teorilerin güçlü olduğunu her zamankinden daha fazla güvenle söyleyebiliriz.”
— Dillon Brout, Astrofizik Merkezi üyesi
1998’de evrenin hızlanan büyümesine ilişkin çığır açan keşif, Tip Ia süpernovaların bu şekilde incelenmesi sayesinde oldu. Bilim adamları genişlemeyi görünmez bir enerjiye, bu nedenle evrenin kendi dokusuna içkin olan karanlık enerjiye bağlarlar. Sonraki on yıllar boyunca yapılan çalışmalar, daha da geniş bir uzay ve zaman aralığında süpernovaları ortaya çıkaran çok daha büyük veri kümelerini derlemeye devam etti ve Pantheon+ şimdi bunları istatistiksel olarak bugüne kadarki en sağlam analizde bir araya getirdi.
2011 Nobel Fizik Ödülü’nü kazananlardan biri olan Adam Riess, “Pek çok yönden, bu son Pantheon+ analizi, dünya çapındaki gözlemciler ve teorisyenlerin kozmosun özünü çözmek için yirmi yılı aşkın süredir yürüttüğü gayretli çabalarının bir sonucudur” diyor. Evrenin hızlanan genişlemesinin keşfi ve Johns Hopkins Üniversitesi’nde ve Baltimore, Maryland’deki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nde Bloomberg Seçkin Profesörü için. Riess aynı zamanda Bilim Üniversitesi mezunudur ve doktora derecesine sahiptir. astrofizikte.
Brout’un kozmoloji alanındaki kariyeri, kendisine Riess tarafından öğretildiği ve tavsiyeler verildiği JHU’daki lisans yıllarına kadar uzanır. Orada Brout, o zamanki doktora öğrencisi ve Riess’in danışmanlığını yaptığı, şu anda Duke Üniversitesi’nde fizik alanında yardımcı doçent ve yeni makale dizisinde başka bir ortak yazar olan Dan Scolnic ile çalıştı.
Birkaç yıl önce Scolnic, yaklaşık 1.000 süpernovanın orijinal Pantheon analizini geliştirdi.
Şimdi, Brout ve Scolnic ve yeni Pantheon+ ekibi, Pantheon+’a yüzde 50 kadar daha fazla süpernova veri noktası eklediler, analiz tekniklerindeki iyileştirmeler ve potansiyel hata kaynaklarını ele aldılar, bu da sonuçta orijinal Pantheon’un iki katı kesinlik sağladı.
Verileri bir bütün olarak ele alan yeni analiz, evrenin yüzde 66,2’sinin karanlık enerji olarak tezahür ettiğini, kalan yüzde 33,8’in ise karanlık madde ve maddenin bir kombinasyonu olduğunu gösteriyor. Farklı çağlarda evreni oluşturan bileşenler hakkında daha kapsamlı bir anlayışa ulaşmak için, Brout ve meslektaşları, Pantheon+’u evrenin büyük ölçekli yapısının diğer güçlü bir şekilde kanıtlanmış, bağımsız ve tamamlayıcı ölçümleriyle ve dünyanın en eski ışığından itibaren yapılan ölçümlerle birleştirdiler. evren, kozmik mikrodalga arka planı.
Bir diğer önemli Pantheon+ sonucu, modern kozmolojinin en önemli hedeflerinden biriyle ilgilidir: Hubble sabiti olarak bilinen, evrenin mevcut genişleme oranını düşürmek. Pantheon+ örneğini, Riess liderliğindeki SH0ES (Devlet Denklemi için Supernova H0) işbirliğinden elde edilen verilerle bir araya getirmek, evrenin mevcut genişleme oranının en katı yerel ölçümüyle sonuçlanır.
Pantheon+ ve SH0ES birlikte, yalnızca yüzde 1,3 belirsizlikle megaparsek başına saniyede 73,4 kilometrelik bir Hubble sabiti buluyor. Başka bir deyişle, her megaparsek veya 3,26 milyon ışıkyılı için analiz, yakın evrende uzayın kendisinin saatte 160.000 milin üzerinde bir hızla genişlediğini tahmin ediyor.
Bununla birlikte, evren tarihinin tamamen farklı bir döneminden gözlemler, farklı bir hikaye öngörüyor. Evrenin en eski ışığı olan kozmik mikrodalga arka planının ölçümleri, mevcut Standart Kozmoloji Modeli ile birleştirildiğinde, sürekli olarak Hubble sabitini, Tip Ia süpernovalar ve diğer astrofiziksel belirteçler yoluyla alınan gözlemlerden önemli ölçüde daha düşük bir oranda tutturur. İki metodoloji arasındaki bu büyük tutarsızlık, Hubble gerilimi olarak adlandırıldı.
Yeni Pantheon+ ve SH0ES veri kümeleri, bu Hubble gerilimini artırıyor. Aslında gerilim, fizikçilerin olası istatistiksel tesadüfler ile buna göre anlaşılması gereken bir şeyi birbirinden ayırmak için kullandıkları önemli 5-sigma eşiğini (rastgele şans nedeniyle ortaya çıkma olasılığının yaklaşık milyonda bir) geçmiştir. Bu yeni istatistiksel seviyeye ulaşmak, hem teorisyenler hem de astrofizikçiler için Hubble sabiti tutarsızlığını açıklamaya çalışma zorluğunu vurgulamaktadır.
Brout, “Veri kümemizde bu sorunlara yeni bir çözüm bulmak için ipuçları bulmanın mümkün olacağını düşündük, ancak bunun yerine verilerimizin bu seçeneklerin çoğunu dışladığını ve derin tutarsızlıkların her zamanki gibi inatçı kaldığını görüyoruz” diyor. .
Pantheon+ sonuçları, Hubble geriliminin çözümünün nerede olduğunu göstermeye yardımcı olabilir. Brout, “Birçok yeni teori, evrenin çok erken dönemlerinde egzotik yeni fiziğe işaret etmeye başladı, ancak bu tür doğrulanmamış teorilerin bilimsel sürece dayanması gerekiyor ve Hubble gerilimi büyük bir zorluk olmaya devam ediyor” diyor.
Genel olarak, Pantheon+ bilim insanlarına kozmik tarihin çoğuna kapsamlı bir bakış sunuyor. Veri kümesindeki en erken, en uzak süpernova, 10,7 milyar ışıkyılı uzaklıktan, yani evrenin kabaca şu anki yaşının dörtte biri olduğu zamandan parlıyor. O eski çağda, karanlık madde ve onunla ilişkili yerçekimi, evrenin genişleme oranını kontrol altında tutuyordu. Karanlık enerjinin etkisi, karanlık maddenin etkisine galip geldiğinden, bu tür durumlar önümüzdeki birkaç milyar yıl içinde önemli ölçüde değişti. Karanlık enerji o zamandan beri kozmosun içeriğini birbirinden çok daha uzağa ve giderek artan bir hızla fırlattı.
Brout, “Bu birleştirilmiş Pantheon+ veri kümesiyle, evrene karanlık maddenin hakim olduğu zamandan karanlık enerjinin hakim olduğu zamana kadar evren hakkında kesin bir görüş elde ediyoruz” diyor. “Bu veri seti, karanlık enerjinin devreye girdiğini görmek ve kozmosun evrimini şimdiki zamana kadar en büyük ölçeklerde yönlendirmek için eşsiz bir fırsat.”
Bu değişimi şimdi daha güçlü istatistiksel kanıtlarla incelemek, umarım karanlık enerjinin esrarengiz doğasına dair yeni içgörülere yol açacaktır.
Brout, “Pantheon+ bize karanlık enerjiyi, kökenlerini ve evrimini sınırlamak için bugüne kadarki en iyi şansı veriyor” diyor.
İlgili