Mørk energi:kort giver et fingerpeg om, hvad det er - men uddyber uenigheden om den kosmiske ekspansionshastighed

Mørk energi er et af de største mysterier i videnskaben i dag. Vi ved meget lidt om det, andet end det er usynligt, det fylder hele universet, og det skubber galakser væk fra hinanden. Dette får vores kosmos til at udvide sig med en accelereret hastighed. Men hvad er det? En af de enkleste forklaringer er, at det er en "kosmologisk konstant" - et resultat af selve energien i det tomme rum - en idé introduceret af Albert Einstein.

Mange fysikere er ikke tilfredse med denne forklaring, selvom. De ønsker en mere grundlæggende beskrivelse af dens natur. Er det en ny type energifelt eller eksotisk væske? Eller er det et tegn på, at Einsteins gravitationsligninger på en eller anden måde er ufuldstændige? Hvad mere er, vi forstår ikke rigtigt universets nuværende ekspansionshastighed.

Nu er vores projekt – den udvidede Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) – kommet med nogle svar. Vores arbejde er udgivet som en serie på 23 publikationer, hvoraf nogle stadig er under peer review, beskriver det største tredimensionelle kosmologiske kort, der nogensinde er skabt.

I øjeblikket, den eneste måde, vi kan mærke tilstedeværelsen af ​​mørk energi på, er med observationer af det fjerne univers. Jo længere galakser er, jo yngre de viser sig for os. Det er fordi det lys, de udsender, tog millioner eller endda milliarder af år at nå vores teleskoper. Takket være denne slags tidsmaskine, vi kan måle forskellige afstande i rummet på forskellige kosmiske tidspunkter, hjælper os med at finde ud af, hvor hurtigt universet udvider sig.

Ved at bruge Sloan Digital Sky Survey-teleskopet, vi målte mere end 2 millioner galakser og kvasarer - ekstremt lyse og fjerne objekter, der er drevet af sorte huller - i løbet af de sidste to årtier. Dette nye kort dækker omkring 11 milliarder års kosmisk historie, der i det væsentlige var uudforsket, lære os om mørk energi som aldrig før.

Vores resultater viser, at omkring 69% af vores univers energi er mørk energi. De demonstrerer også, endnu engang, at Einsteins enkleste form for mørk energi – den kosmologiske konstant – stemmer mest overens med vores observationer.

Når man kombinerer informationen fra vores kort med andre kosmologiske sonder, såsom den kosmiske mikrobølgebaggrund – lyset tilbage fra big bang – synes de alle at foretrække den kosmologiske konstant frem for mere eksotiske forklaringer på mørk energi.

Kosmisk ekspansion i strid

Resultaterne giver også et bedre indblik i nogle nyere kontroverser om udvidelseshastigheden af ​​universet i dag og om rummets geometri.

Ved at kombinere vores observationer med studier af universet i dets vorden afslører vi revner i vores beskrivelse af dets udvikling. I særdeleshed, vores måling af universets nuværende ekspansionshastighed er omkring 10 % lavere end værdien fundet ved hjælp af direkte metoder til at måle afstande til nærliggende galakser. Begge disse metoder hævder, at deres resultat er korrekt og meget præcist, så deres forskel kan ikke blot være et statistisk lykketræf.

Præcisionen af ​​eBOSS forstærker denne krise. Der er ingen bredt accepteret forklaring på denne uoverensstemmelse. Det kan være, at nogen begik en subtil fejl i en af ​​disse undersøgelser. Eller det kan være et tegn på, at vi har brug for ny fysik. En spændende mulighed er, at en hidtil ukendt form for stof fra det tidlige univers kan have sat spor i vores historie. Dette er kendt som "tidlig mørk energi, "troede at være til stede, da universet var ungt, som kunne have ændret den kosmiske ekspansionshastighed.

Nylige undersøgelser af den kosmiske mikrobølgebaggrund antydede, at rummets geometri kan være buet i stedet for blot at være flad - hvilket er i overensstemmelse med den mest accepterede teori om big bang. Men vores undersøgelse konkluderede, at rummet faktisk er fladt.

Selv efter disse vigtige fremskridt, kosmologer over hele verden vil forblive forundrede over den tilsyneladende enkelhed af mørk energi, rummets fladhed og de kontroversielle værdier af ekspansionshastigheden i dag. Der er kun én vej frem i søgen efter svar – at lave større og mere detaljerede kort over universet. Flere projekter har til formål at måle mindst ti gange flere galakser, end vi gjorde.

Hvis kortene fra eBOSS var de første til at udforske et tidligere manglende hul på 11 milliarder år af vores historie, den nye generation af teleskoper vil lave en højopløsningsversion af samme tidsrum. Det er spændende at tænke på, at fremtidige undersøgelser måske kan løse de resterende mysterier om universets udvidelse i det næste årti eller deromkring. Men det ville være lige så spændende, hvis de afslørede flere overraskelser.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.