uoverensstemmelsen mellem, hvor hurtigt universet ser ud til at ekspandere, og hvor hurtigt vi forventer, at det udvides, er en af kosmologiens mest stædigt vedholdende anomalier.
kosmologer baserer deres forventning om ekspansionshastigheden — en hastighed kendt som Hubble — konstanten-på målinger af stråling udsendt kort efter Big Bang. Denne stråling afslører de præcise ingredienser i det tidlige univers., Kosmologer sætter ingredienserne i deres model for kosmisk udvikling og kører modellen fremad for at se, hvor hurtigt rummet skal udvides i dag.
alligevel er forudsigelsen kort: når kosmologer observerer astronomiske objekter som pulserende stjerner og eksploderende supernovaer, ser de et univers, der ekspanderer hurtigere, med en større Hubble-konstant.
uoverensstemmelsen, kendt som Hubble-spændingen, har varet, selvom alle målinger er vokset mere præcise. Nogle astrofysikere fortsætter med at diskutere, om spændingen måske ikke er andet end en målefejl., Men hvis uoverensstemmelsen er reel, betyder det, at der mangler noget fra kosmologernes model af universet.
for nylig har teoretikere været travlt med at forestille sig nye kosmiske ingredienser, der, når de tilføjes til standardmodellen, ville øge universets forventede ekspansionshastighed, hvilket gør det til at matche observationer.
“at opdage anomalier er den grundlæggende måde, hvorpå videnskaben gør fremskridt,” sagde avi Loeb, en kosmolog ved Harvard University og en af snesevis af forskere, der har foreslået løsninger på Hubble-spændingen.,
Dette er nogle af de bedste ideer til, hvad der kunne fremskynde kosmisk ekspansion.
henfaldende mørkt stof
standardmodellen for kosmologi indeholder alle de velkendte former for stof og stråling og deres interaktion. Det omfatter også de usynlige stoffer kendt som mørk energi og mørkt stof, som tilsammen udgør omkring 96% af kosmos. Fordi så lidt er kendt om disse mørke ingredienser, er de måske det oplagte sted at begynde at manipulere med standardmodellen. “Det er det, du har til din rådighed for at ændre universets ekspansionshastighed,” sagde Loeb.,
standardmodellen antager, at mørkt stof består af langsomt bevægelige partikler, der ikke interagerer med lys. Men hvad nu hvis vi også antager, at mørkt stof ikke er lavet af kun et enkelt stof? Da der findes mange forskellige slags synlige partikler-kvarker — elektroner og så videre-kan der også være flere mørke partikler.
i et papir, der blev offentliggjort sidste sommer i Physical Revie.d, betragtede Loeb og to samarbejdspartnere en form for mørkt stof, der henfalder til en lettere partikel og en masseløs partikel kendt som en mørk foton., Efterhånden som mere og mere mørkt stof forfaldt over tid, begrundede de, at dens tyngdekraft ville have mindsket, og dermed ville universets ekspansion have steget op og lettet Hubble-spændingen.
men at foretage små ændringer som denne til den standard kosmologiske model kan have uønskede knock-on effekter. “Det er meget let at komme op med alle former for mindre ændringer,” siger Marc Kamionkowski, en teoretisk fysiker ved Johns Hopkins University — men det er svært at gøre det, han sagde, uden at ødelægge den model, der passer perfekt med et væld af andre astronomiske observationer.,
Ved at variere henfaldshastigheden og mængden af mørkt stof, der går tabt i hvert forfald, valgte Loeb og kolleger en model af henfaldende mørkt stof, som de siger, stadig stemmer overens med andre astronomiske observationer. “Hvis du tilføjer denne ingrediens til standardmodellen for kosmologi, holder alt sammen,” sagde Loeb.
men han er stadig utilfreds med den rådnende mørke stof id., dels fordi det indfører to nye usikre mængder i ligningerne.,
“I dette tilfælde, du tilføjer to gratis parametre for at løse en uoverensstemmelse — og jeg er urolig over, at” han sagde, at sammenligne rådnende mørke stof til epicycles i Ptolemæus ‘ Jorden-centreret model af universet. “Jeg vil hellere have to uoverensstemmelser forklaret med en parameter.”
Inkonstant mørk energi
lige siden overraskelsesopdagelsen i 1998 om, at universets udvidelse accelererer, har kosmologer inkluderet en frastødende mørk energi i deres model for kosmisk udvikling. Men dens natur forbliver et mysterium., Den enkleste mulighed er, at mørk energi er den “kosmologiske konstant” — selve rummets energi med en konstant tæthed overalt. Men hvad nu hvis mængden af mørk energi i universet ikke er konstant?
en ekstra dosis mørk energi i det tidlige univers, kaldet tidlig mørk energi, kunne forene de modstridende værdier af Hubble-konstanten. Det ydre pres fra denne tidlige mørke energi ville have fremskyndet universets ekspansion. “Den vanskelige del er, at det ikke rigtig kan holde fast; det skal gå væk hurtigt,” sagde Lisa Randall, en partikelfysiker og kosmolog ved Harvard.,