Slap af, udvidelsen af ​​universet accelererer stadig

Der har på det seneste været en hvirvelvind af kommentarer, der har spekuleret i, at accelerationen af ​​det ekspanderende univers måske alligevel ikke er reel.

Det følger offentliggørelsen i denne måned af et nyt kig på supernovaer i vores univers, som forskerne siger kun giver en "marginal detektion" af universets acceleration.

Det ser ud til at være en stor sag, fordi Nobelprisen i 2011 blev tildelt lederne af to hold, der brugte supernovaer til at opdage, at universets udvidelse accelererer.

Men aldrig har jeg set sådan en storm i en kop. Den nye analyse, udgivet i Videnskabelige rapporter , ændrer næsten ikke det oprindelige resultat, men sætter et andet (og efter min mening misvisende) spin på det.

Så hvorfor hævder dette nye papir, at detektionen af ​​acceleration er "marginal?"

Godt, det er marginalt, hvis du kun bruger et enkelt datasæt. Trods alt, de fleste store opdagelser er i begyndelsen marginale. Hvis de var mere tydelige, de ville være blevet opdaget før.

Beviset, indtil nu

Supernovadataene alene kunne kun i et lille stræk, være i overensstemmelse med et univers, der hverken accelererer eller decelererer. Dette har været kendt siden den oprindelige opdagelse, og er ikke bestridt.

Men hvis du også tilføjer en oplysning mere - f.eks. at sagen eksisterer - så er der ikke noget marginalt ved det. Ny fysik er klart påkrævet.

Faktisk, hvis universet slet ikke accelererede eller decelererede, som er et gammelt forslag, der genbesøges i dette nye papir, ny fysik ville stadig være påkrævet.

I disse dage er det vigtige punkt, at hvis du tager alle supernova-data og smider dem i skraldespanden, vi har stadig rigeligt med beviser for, at universets udvidelse accelererer.

For eksempel, i Australien lavede vi et projekt kaldet WiggleZ, som over fem år lavede en undersøgelse af positionerne for næsten en kvart million galakser.

Mønstret af galakser er faktisk ikke tilfældigt, så vi brugte dette mønster til effektivt at lægge gitterpapir over universet og måle, hvordan dets størrelse ændrer sig med tiden.

Brug af disse data alene viser, at det ekspanderende univers accelererer, og den er uafhængig af enhver supernovainformation. Nobelprisen blev først tildelt efter dette, og mange andre observationsteknikker bekræftede supernovafundene.

Noget mangler i universet

Et andet eksempel er Cosmic Microwave Background (CMB), som er den resterende efterglød fra big bang og er en af ​​de mest præcise observationsmålinger af universet, der nogensinde er foretaget. Det viser, at rummet er meget tæt på fladt.

I mellemtiden viser observationer af galakser, at der simpelthen ikke er nok stof eller mørkt stof i universet til at gøre rummet fladt. Omkring 70 % af universet mangler.

Så da observationer af supernovaer fandt ud af, at 70 % af universet består af mørk energi, det løste uoverensstemmelsen. Supernovaerne blev faktisk målt før CMB, så i det væsentlige forudsagt, at CMB ville måle et fladt univers, en forudsigelse, der blev bekræftet smukt.

Så beviserne for noget interessant ny fysik er nu overvældende.

Jeg kunne blive ved, men alt, hvad vi ved indtil videre, understøtter modellen, hvor universet accelererer. For flere detaljer se denne anmeldelse, jeg skrev om beviserne for mørk energi.

Hvad er denne 'mørke energi'?

En af de kritikpunkter, som det nye papir fremsætter på standard kosmologi, er, at konklusionen om, at universet accelererer, er modelafhængig. Det er fair nok.

Normalt er kosmologer omhyggelige med at sige, at vi studerer "mørk energi", hvilket er det navn, vi giver til det, der forårsager den tilsyneladende acceleration af universets udvidelse. (Ofte dropper vi "tilsyneladende" i den sætning, men det er der implicit.)

"Mørk energi" er et almindeligt udtryk, vi bruger til at dække over mange muligheder, herunder at vakuumenergi forårsager acceleration, eller at vi har brug for en ny teori om tyngdekraften, eller endda at vi har misfortolket den generelle relativitetsteori og har brug for en mere sofistikeret model.

Det vigtigste træk, der ikke er i tvivl, er, at der er noget væsentligt nyt fysik tilsyneladende i disse data. Der er noget, der går ud over, hvad vi ved om, hvordan universet fungerer – noget, der skal forklares.

Så lad os se på, hvad det nye papir faktisk gjorde. For at gøre det, lad os bruge en analogi.

Målemargener

Forestil dig, at du kører en bil ned ad en 60 km/t-grænsevej. Du måler din hastighed til 55 km/t, men din kilometertæller har en vis usikkerhed i sig. Det tager du højde for, og er 99 % sikker på, at du rejser mellem 51 km/t og 59 km/t.

Nu kommer din ven og analyserer dine data lidt anderledes. Hun måler din hastighed til 57 km/t. Ja, det er lidt anderledes end din måling, men stadig konsekvent, fordi din kilometertæller ikke er så nøjagtig.

Men nu siger din ven:"Ha! Du var kun marginalt under fartgrænsen. Der er alle muligheder for, at du kørte for stærkt!"

Med andre ord, svaret ændrede sig ikke væsentligt, men fortolkningen givet i papiret tager det yderste af den tilladte region og siger "måske er det ekstreme sandt".

For dem, der kan lide detaljer, grænsen for tre standardafvigelser for supernovadataene er stor nok (bare) til at inkludere et ikke-accelererende univers. Men det er kun, hvis der i det væsentlige ikke er noget stof i universet, og du ignorerer alle andre målinger (se figur, under).

Forbedring af analysen

Dette nye papir forsøger at gøre noget prisværdigt. Det forsøger at forbedre den statistiske analyse af dataene (se kommentarer til deres analyse).

Efterhånden som vi får flere og flere data, og usikkerheden på vores måling skrumper, det bliver mere og mere vigtigt at tage højde for hver eneste detalje.

Faktisk, med Dark Energy Survey har vi tre personer, der arbejder på fuld tid med at teste og forbedre den statistiske analyse, vi bruger til at sammenligne supernovadata med teori.

Vi anerkender vigtigheden af ​​forbedret statistisk analyse, fordi vi snart vil have omkring 3, 000 supernovaer til at måle accelerationen langt mere præcist end de oprindelige opdagelser, som kun havde 52 supernovaer imellem sig. Prøven, som dette nye papir genanalyserer, indeholder 740 supernovaer.

En sidste bemærkning om konklusionerne i papiret. Forfatterne foreslår, at et ikke-accelererende univers er værd at overveje. Det er fint. Men du og jeg, jorden, Mælkevejen og alle de andre galakser burde tiltrække hinanden gravitationsmæssigt.

Så et univers, der bare udvider sig med en konstant hastighed, er faktisk lige så mærkeligt som et, der accelererer. Du skal stadig forklare, hvorfor udvidelsen ikke bremses på grund af tyngdekraften af ​​alt, hvad den indeholder.

Så selvom påstanden om ikke-acceleration i dette papir er sand, forklaringen kræver stadig ny fysik, og søgen efter den "mørke energi", der forklarer det, er lige så vigtig.

Sund skepsis er afgørende i forskningen. Der er stadig megen debat om, hvad der forårsager accelerationen, og om det blot er en tilsyneladende acceleration, der opstår, fordi vores forståelse af tyngdekraften endnu ikke er fuldstændig.

Det er faktisk det, vi som professionelle kosmologer bruger hele vores karriere på at undersøge. Hvad dette nye papir og alle de tidligere papirer er enige om, er, at der er noget, der skal forklares.

Supernova-dataene viser, at der foregår noget virkelig underligt. Løsningen kan være acceleration, eller en ny teori om tyngdekraften. Hvad end det er, vi vil fortsætte med at søge efter det.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.