rozbieżność między tym, jak szybko wszechświat wydaje się rozszerzać, a tym, jak szybko oczekujemy, że się rozszerzy, jest jedną z najbardziej uparcie uporczywych anomalii kosmologii.
Kosmolodzy bazują na pomiarach promieniowania emitowanego krótko po Wielkim Wybuchu. Promieniowanie to ujawnia dokładne składniki wczesnego wszechświata., Kosmolodzy włączają składniki do swojego modelu ewolucji kosmicznej i uruchamiają model do przodu, aby zobaczyć, jak szybko przestrzeń powinna się dziś rozszerzać.
jednak przewidywania są krótkie: kiedy kosmolodzy obserwują obiekty astronomiczne, takie jak pulsujące gwiazdy i wybuchające supernowe, widzą wszechświat, który rozwija się szybciej, z większą stałą Hubble ' a.
rozbieżność, znana jako napięcie Hubble ' a, utrzymywała się nawet wtedy, gdy wszystkie pomiary stały się bardziej precyzyjne. Niektórzy astrofizycy nadal debatują, czy napięcie może być niczym więcej niż błędem pomiarowym., Ale jeśli rozbieżność Jest Prawdziwa, oznacza to, że czegoś brakuje w modelu kosmologów wszechświata.
Ostatnio teoretycy byli zajęci wymyślaniem nowych kosmicznych składników, które po dodaniu do modelu standardowego, zwiększyłyby oczekiwaną szybkość ekspansji Wszechświata, dzięki czemu pasowałyby do obserwacji.
„odkrywanie anomalii jest podstawowym sposobem, w jaki nauka czyni postępy” – powiedział Avi Loeb, kosmolog z Uniwersytetu Harvarda i jeden z kilkudziesięciu badaczy, którzy zaproponowali rozwiązania napięcia Hubble ' a.,
to tylko niektóre z najlepszych pomysłów na to, co może przyspieszyć Kosmiczną ekspansję.
rozkładająca się ciemna materia
standardowy model kosmologii obejmuje wszystkie znane formy materii i promieniowania oraz ich interakcje. Obejmuje również niewidzialne substancje znane jako ciemna energia i ciemna materia, które razem tworzą około 96% kosmosu. Ponieważ tak niewiele wiadomo o tych ciemnych składnikach, są one prawdopodobnie oczywistym miejscem, aby zacząć manipulować Modelem Standardowym. „To jest to, co masz do dyspozycji, aby zmienić tempo ekspansji Wszechświata” – powiedział Loeb.,
model standardowy zakłada, że ciemna materia składa się z wolno poruszających się cząstek, które nie oddziałują ze światłem. Ale co jeśli przyjmiemy również, że ciemna materia nie jest zbudowana tylko z jednej substancji? Ponieważ istnieje wiele różnych rodzajów widzialnych cząstek-kwarki, elektrony i tak dalej — może istnieć wiele ciemnych cząstek.
w pracy opublikowanej zeszłego lata w Physical Review D, Loeb i dwaj współpracownicy rozważali formę ciemnej materii, która rozpada się na jaśniejszą cząstkę i bezmasową cząstkę znaną jako ciemny Foton., W miarę jak coraz więcej ciemnej materii rozkładało się w czasie, myśleli, że jej przyciąganie grawitacyjne zmniejszyłoby się, a tym samym ekspansja wszechświata przyspieszyłaby, zmniejszając napięcie Hubble ' a.
ale dokonywanie takich drobnych zmian w standardowym modelu kosmologicznym może mieć niepożądane skutki uboczne. „Bardzo łatwo jest wymyślić wszelkiego rodzaju drobne modyfikacje” – powiedział Marc Kamionkowski, fizyk teoretyczny z Johns Hopkins University — ale trudno to zrobić, powiedział, nie rujnując idealnego dopasowania modelu do wielu innych obserwacji astronomicznych.,
zmieniając szybkość rozpadu i ilość ciemnej materii, która jest tracona w każdym rozpadie, Loeb i współpracownicy wybrali model rozpadającej się ciemnej materii, który, jak mówią, nadal zgadza się z innymi obserwacjami astronomicznymi. „Jeśli dodasz ten składnik do standardowego modelu kosmologii, wszystko trzyma się razem”, powiedział Loeb.
jednak pozostaje niezadowolony z idei rozpadającej się ciemnej materii, po części dlatego, że wprowadza dwie nowe, niepewne ilości do równań.,
„w tym przypadku dodajesz dwa wolne parametry, aby rozwiązać jedną rozbieżność — I jestem tym zaniepokojony”-powiedział, porównując rozkładającą się ciemną materię do epicykli w ziemskim modelu wszechświata Ptolemeusza. „Wolałbym mieć dwie rozbieżności wyjaśnione jednym parametrem.”
Inconstant Dark Energy
od czasu niespodziewanego odkrycia w 1998 roku, że ekspansja wszechświata przyspiesza, kosmolodzy włączyli odpychającą ciemną energię do swojego modelu ewolucji kosmicznej. Ale jego natura pozostaje tajemnicą., Najprostszą możliwością jest to, że ciemna energia jest „stałą kosmologiczną” — energią samej przestrzeni, ze stałą gęstością wszędzie. Ale co, jeśli ilość ciemnej energii we wszechświecie nie jest stała?
dodatkowa dawka ciemnej energii we wczesnym Wszechświecie, nazwana wczesną ciemną energią, może pogodzić sprzeczne wartości stałej Hubble ' a. Zewnętrzny nacisk tej wczesnej ciemnej energii przyspieszyłby ekspansję wszechświata. „Najtrudniejsze jest to, że tak naprawdę nie może pozostać w pobliżu; musi szybko odejść”, powiedziała Lisa Randall, fizyk cząstek i kosmolog z Harvardu.,