Nyeste kort over mørkt stof tyder på, hvor astrofysik skal gå for gennembrud

Ved afsløringen af ​​denne sommer af det mest nøjagtige kosmiske billede, der nogensinde er taget af fordelingen af ​​mørkt stof, har astrofysikere følt sig både glade og frustrerede.

På den ene side, det nye billede-taget af det "voksne" univers, i løbet af den sidste halvdel af sin 13,8 milliarder år lange historie-er meget enig i "baby" -billederne separat taget i de seneste år. På den anden side, denne aftale giver lidt plads til opdagelsen af ​​ny fysik, der kan afsløre identiteten af ​​mørkt stof og et endnu mere mystisk fænomen, mørk energi.

Tre forskere deltog for nylig i en rundbordsdiskussion, hostet af The Kavli Foundation, om de nye resultater og deres implikationer for at forstå universets historie.

"Vi er alle overraskede over, at disse to billeder [af det tidlige og moderne univers] stemmer overens i det omfang, de gør, "siger kosmolog Scott Dodelson, en af ​​de ledende forskere bag de nye Dark Energy Survey -resultater og formand for Institut for Fysik ved Carnegie Mellon University. Han arbejdede tidligere på Fermi National Accelerator Laboratory og var tilknyttet Kavli Institute for Cosmological Physics ved University of Chicago.

De nye fund, udgivet i august 2017, støtter kraftigt standardmodellen for Big Bang -kosmologi. I henhold til denne ramme, universet er for det meste "mørkt, "sammensat af usynlige stoffer, der, for det meste, interagerer ikke med det "normale" stof, der sammensætter mennesker, planeter og stjerner. Resultaterne viste, at mørkt stof udgør 26 til 27 procent af universets indhold; mørk energi, en kraft, der fremskynder universets ekspansion, er størstedelen af ​​omkring 70 procent; og, normalt stof er blot 4 til 5 procent af det samlede.

"For fyrre år siden, ingen ville have gættet, at vi tilsyneladende lever i et univers, hvor det meste af sagen er ting, der ikke interagerer med os, og det meste af energien er ikke engang noget! Det er stadig super forbløffende, "siger Risa Wechsler, en lektor i fysik ved Stanford University og SLAC National Accelerator Laboratory, samt medlem af Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology. Wechsler er grundlægger af Dark Energy Survey, som bruger et teleskop i Sydamerika til at observere millioner af galakser og udlede fordelingen af ​​det mørke stof omkring dem.

Så godt testet som standardmodellen for Big Bang-kosmologi er, identiteten af ​​mørkt stof og mørk energi forbliver undvigende. Mange forskere håber på, at nye observationer, som dem, der blev frigivet i august, vil give spor om, hvad der ligger ud over det, muligvis tvinge en radikal nytænkning af eksisterende teorier.

George Efstathiou, der bidrager til Dark Energy Survey, har fungeret som videnskabsteamleder for European Space Agency's Planck rumfartøj. Det var Planck, der opnåede et "baby" billede af universet mellem 2009 og 2013.

"Et af mine håb for Planck var, at standardmodellen for kosmologi ville bryde, og det gjorde det ikke, "siger Efstathiou, som er professor i astrofysik og tidligere direktør for Kavli Institute for Cosmology ved University of Cambridge. "Men ville det ikke være helt fantastisk for kosmologi og fysik, hvis dette skete? Så vi skulle plugge af og se. Måske er vi heldige."

Som Efstathiou antyder, Dark Energy Survey kan stadig føre til ny indsigt. De nye resultater er kun baseret på det første år af projektets observationer, som afsluttes næste år efter fem år. Alle disse nye data "vil gøre det muligt for os at ramme standardmodellen for kosmologi lige så hårdt, som det nogensinde er blevet ramt, "siger Dodelson.

Og nye projekter kommer online i 2020'erne, der i høj grad skulle øge omfanget og detaljerne i kosmiske strukturkort og underkaste vores nuværende teorier endnu strengere tests.

"Mit bud er, at vi ser på tingene forkert, "siger Dodelson." En, der er otte år i dag, kommer til at finde ud af, hvordan man får mening om alle dataene uden at fremkalde mystiske nye stoffer. "