Ранната тъмна енергия може да разреши две от най-големите мистерии в космологията

Ваня Милева Последна промяна на 16 септември 2024 в 10:43 5491 0

Това е малка част от полето, наблюдавано от NIRCam (камера за близка инфрачервена светлина) на космическия телескоп

Кредит NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (University of Texas at Austin)
Това е малка част от полето, наблюдавано от NIRCam (камера за близка инфрачервена светлина) на космическия телескоп "Джеймс Уеб" на НАСА за изследването на Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Пълен е с галактики. Светлината от някои места е пътувала над 13 милиарда години, за да достигне до телескопа.

От всички мистерии, пред които са изправени астрономите и космолозите днес, за съжаление "Напрежението на Хъбъл" остава непоклатимо.

Този термин се отнася до очевидното разминаване на данните за разширяването на Вселената (константата на Хъбъл) от локалните измервания в сравнение с тези на космическия микровълнов фон (CMB). Астрономите се надяваха, че наблюденията на най-ранните галактики във Вселената от космическия телескоп "Джеймс Уеб" (JWST) ще разрешат тази загадка. За съжаление "Джеймс Уеб" потвърди, че предишните измервания са правилни, така че "напрежението" остава.

Откакто JWST започна своите наблюдения, много учени се надяваха, че съществуването на ранната тъмна енергия може да обясни напрежението на Хъбъл. В наскоро публикувано проучване, подкрепено от НАСА и Националната научна фондация (NSF), изследователи от Масачузетския технологичен институт (MIT) предполагат, че ранната тъмна енергия може да разреши две космологични загадки.

Освен напрежението на Хъбъл, тя може да обясни защо "Джеймс Уеб" е наблюдавал толкова много оформени галактики в ранната Вселена. Според настоящите космологични модели Вселената би трябвало да е много по-малко населена по това време.

Стандартни свещи (вляво) и стандартни линийки (вдясно) са две различни техники, използвани от астрономите за измерване на разширяването на пространството в различни времена/разстояния в миналото. Въз основа на това как величини като осветеност или ъглов размер се променят с разстоянието, може да се направи извод за историята на разширяването на Вселената. Използването на метода на свещите е част от стълбата на разстоянията, което дава 73 km/s/Mpc. Използването на линийката е част от метода на ранния сигнал, което дава 67 km/s/Mpc. С новите данни на космическия телескоп "Джеймс Уеб" мистерията около скоростта на разширяване на Вселената се задълбоава още повече. Кредит NASA/JPL-Caltech

Изследването е ръководено от Сюедзиен Шън (Xuejian Shen) и неговите колеги от катедрата по физика и Института за астрофизика и космически изследвания "Кавли" (MTK) в MIT. Участват и изследователи от NSF AI Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions (IAIFI) към Масачузетския технологичен институт, Тексаския университет в Остин и Института за космология "Кавли" (KICC) и лабораторията Кавендиш към Университета в Кеймбридж.

Статията, описваща техните открития, е публикувана наскоро в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Стълбата на космическото разстояние, която разчита на различни методи за измерване на разстоянието, води до прозрението, че измерванията на космическото разширение не са съгласни. Кредит: NASA/ESA/A. Feild (STScI)/A. Riess (STScI/JHU)

За да обобщим, тъмната енергия е теоретичната форма на енергия, за която се смята, че движи разширяването на Вселената днес. Теорията се появява за първи път през 90-те години на миналия век, за да обясни наблюденията на космическия телескоп Хъбъл, които показват, че космическото разширение изглежда се ускорява с времето. ранната тъмна енергия е подобна, но се смята, че се е появила за кратко малко след Големия взрив и изчезва, след като повлиява на разширяването на ранната Вселена. Подобно на тъмната енергия, тази сила би противодействала на гравитационното привличане на ранните галактики и временно би ускорила разширяването на Вселената.

Съществуването на тази енергия също би обяснило защо измерванията на константата на Хъбъл са несъвместими едно с друго.

Ако се отхлърли предположението, че Общата теория на относителността е погрешна (въпреки че е доказана многократно в продължение на повече от век), ранната тъмна енергия се смята за най-вероятното решение на напрежението на Хъбъл.

По подобен начин наблюденията на "Джеймс Уеб" през 2023 г. разкриват изненадващ брой ярки галактики само 500 милиона години след Големия взрив, които са сравними по размер със съвременния Млечен път. Тези констатации оспорват конвенционалните модели на образуване на галактики, които предвиждат, че за галактиките са необходими милиарди години, за да се формират и растат.

За своето изследване екипът се фокусира върху образуването на "ореоли на тъмна материя", хипотетичният регион, който позволява на протогалактиките да натрупват газ и прах, което води до образуването и нарастването на звезди.

"Ярките галактики, които JWST вижда, могат да се сравнят със струпване на светлини около големите градове, докато теорията предсказва нещо като светлина около по-селски места като Национален парк Йелоустоун. И ние не очакваме това струпване на светлина толкова рано. Вярваме, че ореолите на тъмната материя са невидимият скелет на Вселената. Първо се формират структурите на тъмната материя, а след това галактиките се формират в тези структури. Така че очакваме броят на ярките галактики да бъде пропорционален на броя на големите ореоли от тъмна материя. Както беше казано в скорошен материал от MIT News.

Ранната тъмна енергия може да е стимулирала ранните семена на галактики (изобразени вляво) да покълнат много повече ярки галактики (вдясно), отколкото прогнозира теорията. Кредит: Josh Borrow/Thesan Team.

Екипът е разработил емпирична рамка за ранно образуване на галактика, която включва шестте основни "космологични параметъра" – основните математически термини, които описват еволюцията на Вселената. Тя включва константата на Хъбъл, която описва разширяването на Вселената, докато параметрите описват флуктуациите на плътността непосредствено след Големия взрив, от който са се образували ореолите на тъмната материя. Екипът теоретизира, че ако ранната тъмна енергия повлияе на ранното космическо разширение, това може да повлияе и на други параметри, които биха могли да обяснят появата на много големи галактики малко след това.

За да тества своята теория, екипът моделира формирането на галактики през първите няколкостотин милиона години на Вселената. Този модел включва ранната тъмна енергия, за да определи как са се развили първите структури на тъмната материя, довели до първите галактики във Вселената.

Хипотезата за "ранната тъмна енергия е много елегантно и просто решение на два от най-належащите проблеми в космологията" според съавторА на изследването Рохан Найду (Rohan Naidu).

Чрез фина промяна на структурата на скелета на ранната вселена като се учеличава леко амплитудата на флуктуациите, се получават по-големи ореоли тъмна материя и по-ярки галактики, образувани в по-ранни времена, в сравнение с досегашните модели.

"Ние демонстрирахме потенциала на ранната тъмна енергия като единно решение на двата основни проблема, пред които е изправена космологията", добавЯ съавторът Марк Фогелсбергер (Mark Vogelsberger), професор по физика в MIT. "В бъдеще ЩЕ включим това в големи космологични симулации, за да видим дали ще получим подробни прогнози".

Справка: Xuejian Shen, Mark Vogelsberger, Michael Boylan-Kolchin, Sandro Tacchella, Rohan P Naidu, Early galaxies and early dark energy: a unified solution to the hubble tension and puzzles of massive bright galaxies revealed by JWST, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 533, Issue 4, October 2024, Pages 3923–3936, https://doi.org/10.1093/mnras/stae1932 

Източник: Study: Early dark energy could resolve cosmology’s two biggest puzzles, MIT News

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Космос

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !