7 декабря, 2022

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Взрывы сверхновых раскрывают мельчайшие подробности о темной энергии и темной материи

Художественное представление о слиянии двух белых карликов и образовании сверхновой типа Ia. Предоставлено: ESO/Л. Кальсада.

Анализ взрывов сверхновых, продолжавшихся более двух десятилетий, убедительно поддерживает современные космологические теории и активизирует усилия по поиску ответов на фундаментальные вопросы.

Астрофизики провели новый мощный анализ, который устанавливает самые точные ограничения на формирование и эволюцию Вселенной. С этим анализом, получившим прозвище Пантеон+, космологи оказались на распутье.

Пантеон+ убедительно утверждает, что Вселенная примерно на две трети состоит из темной энергии и на одну треть из материи, в основном в форме темной материи, и за последние миллиарды лет расширялась с ускорением. Тем не менее, Pantheon + также укрепляет серьезные разногласия по поводу темпов этого нерешенного расширения.

Помещая господствующие современные космологические теории, известные как Стандартная модель космологии, на более прочную доказательную и статистическую основу, Пантеон+ также закрывает дверь альтернативным схемам, объясняющим темная энергия И темная материя. Оба являются краеугольными камнями Стандартной модели космологии, но еще не были обнаружены напрямую. Они являются одними из самых больших загадок модели. Следуя результатам Pantheon+, исследователи теперь могут проводить более точные наблюдательные тесты и уточнять объяснения видимой Вселенной.

G299 Тип Ia сверхновая

G299 осталась позади определенного класса сверхновых, называемых типом Ia. Предоставлено: NASA/CXC/U.Texas.

«С этими результатами Pantheon+ мы можем установить наиболее точные ограничения на динамику и историю Вселенной на сегодняшний день», — говорит Диллон Праут, научный сотрудник Эйнштейна в Центре астрофизики. Гарвард и Смитсоновский институт. «Мы прочесали данные и теперь можем с большей уверенностью, чем когда-либо прежде, сказать, как Вселенная развивалась на протяжении веков и что современные лучшие теории темной энергии и темной материи сильны».

Прюитт является ведущим автором серии статей, описывающих новую Пантеон + Анализбыл совместно опубликован 19 октября в специальном выпуске Астрофизический журнал.

Pantheon+ основан на крупнейшем в своем роде наборе данных, включающем более 1500 вспышек звездообразования, называемых сверхновыми типа Ia. Эти яркие взрывы происходят, когда[{» attribute=»»>white dwarf stars — remnants of stars like our Sun — accumulate too much mass and undergo a runaway thermonuclear reaction. Because Type Ia supernovae outshine entire galaxies, the stellar detonations can be glimpsed at distances exceeding 10 billion light years, or back through about three-quarters of the universe’s total age. Given that the supernovae blaze with nearly uniform intrinsic brightnesses, scientists can use the explosions’ apparent brightness, which diminishes with distance, along with redshift measurements as markers of time and space. That information, in turn, reveals how fast the universe expands during different epochs, which is then used to test theories of the fundamental components of the universe.

Прорывное открытие ускоряющегося роста Вселенной в 1998 году было сделано благодаря изучению таким образом сверхновых типа Ia. Ученые связывают это расширение с невидимой энергией, и поэтому ее называют темной энергией, которая присуща самой ткани Вселенной. Последующие десятилетия работы продолжали собирать все большие наборы данных, обнаруживая сверхновые в более широком диапазоне пространства и времени, и теперь Pantheon+ объединил их в самом мощном статистическом анализе.

Говорит Адам Риз, один из лауреатов Нобелевской премии по физике 2011 года за открытие ускоряющегося расширения Вселенной и заслуженный профессор Блумберга. Университет Джона Хопкинса (ЮХУ) и Научный институт космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. Риз также является выпускником Гарварда и имеет докторскую степень в области астрофизики.

«Благодаря этому объединенному набору данных Pantheon+ мы получаем точное представление о Вселенной с момента, когда в ней преобладала темная материя, до того времени, когда во Вселенной стала доминировать темная энергия». — Диллон Брют

Карьера Прюитта в области космологии восходит к его студенческим годам в Университете Джона Хопкинса, где Риз обучал и консультировал его. Там Прюитт работал с Дэном Сколником, в то время докторантом и советником Рейсса, который сейчас является доцентом физики в Университете Дьюка и еще одним соавтором новой серии статей.

Несколько лет назад Сколник разработал оригинальный пантеонный анализ около 1000 сверхновых.

Теперь Браут, Сколник и их новая команда добавили в Pantheon+ примерно на 50% больше данных о сверхновых, наряду с улучшениями в методах анализа и обработки потенциальных источников ошибок, что в конечном итоге привело к низкой точности исходного Pantheon.

«Этот скачок в качестве набора данных и наше понимание лежащей в его основе физики были бы невозможны без отличной команды студентов и сотрудников, усердно работающих над улучшением каждого аспекта анализа», — говорит Прюитт.

Глядя на данные в целом, новый анализ показывает, что 66,2% Вселенной представляют собой темную энергию, а остальные 33,8% представляют собой смесь материи и темной материи. Чтобы получить более полное представление о составных компонентах Вселенной в разные эпохи, Браут и его коллеги объединили Пантеон+ с другими проверенными, независимыми, дополняющими масштабы крупномасштабной структуры Вселенной и с измерениями от ближайшего источника Вселенной, Космический микроволновый фон.

«С этими результатами Pantheon+ мы можем установить наиболее точные ограничения на динамику и историю Вселенной на сегодняшний день». — Диллон Брют

Еще один важный результат Пантеона+ относится к одной из главных целей современной космологии: определению текущей скорости расширения Вселенной, известной как постоянная Хаббла. Сборка образца Pantheon+ с данными от SH0ES (Supernova H0 для уравнения состояния) под руководством Риза приводит к наиболее строгим локальным измерениям текущей скорости расширения Вселенной.

Allanthion+ и SH0ES вместе находят постоянную Хаббла 73,4 километра в секунду на мегапарсек с погрешностью всего 1,3%. Иными словами, на каждый мегапарсек, или 3,26 миллиона световых лет, согласно анализу, само пространство в соседней Вселенной расширяется со скоростью более 160 000 миль в час.

Однако наблюдения совершенно из другой эпохи в истории Вселенной предсказывают другую историю. Измерения самого старого света во Вселенной, космического микроволнового фона, в сочетании с текущей Стандартной космологической моделью последовательно подтверждают постоянную Хаббла со скоростью, намного меньшей, чем наблюдения, сделанные с помощью сверхновых типа Ia и других астрофизических маркеров. Это огромное несоответствие между двумя методологиями называется напряжением Хаббла.

Новые наборы данных Pantheon+ и SH0ES усиливают напряжение Хаббла. На самом деле, напряжение уже перешагнуло важный порог в 5 сигм (вероятность появления одного случая на миллион из-за случайного случая), который физики используют, чтобы отличить возможный статистический случай от чего-то, что нужно понимать соответствующим образом. Достижение этого нового статистического уровня подчеркивает проблему, с которой сталкиваются как теоретики, так и астрофизики, пытаясь объяснить непоследовательность постоянной Хаббла.

«Мы думали, что в нашем наборе данных можно будет найти доказательства нового решения этих проблем, но вместо этого мы обнаружили, что наши данные исключают многие из этих вариантов и что глубокие расхождения остаются такими же неразрешимыми, как никогда», — говорит Браут.

Результаты Pantheon+ могут помочь указать, где снимается напряжение Хаббла. «Многие современные теории начинают указывать на странную новую физику в ранней Вселенной, однако такие неподтвержденные теории должны выдерживать научный процесс, и хаббловское напряжение остается огромной проблемой», — говорит Прюитт.

В целом, Pantheon+ предлагает ученым всесторонний взгляд на большую часть космической истории. Самая старая и самая далекая сверхновая в наборе данных сияет на расстоянии 10,7 миллиарда световых лет, поскольку Вселенная была примерно в четверть своего нынешнего возраста. В ту раннюю эпоху темная материя и связанная с ней гравитация контролировали скорость расширения Вселенной. Такая ситуация резко изменилась в течение следующих нескольких миллиардов лет, поскольку влияние темной энергии затмило влияние темной материи. С тех пор темная энергия раздвигала содержимое Вселенной с постоянно увеличивающейся скоростью.

«Благодаря этому комбинированному набору данных Pantheon+ мы получаем точное представление о Вселенной со времен, когда в темной материи доминировала темная энергия», — говорит Прюитт. «Этот набор данных — уникальная возможность увидеть темную энергию в действии и управлять эволюцией Вселенной на самых высоких уровнях в настоящее время».

Мы надеемся, что изучение этого изменения сейчас с более убедительными статистическими данными приведет к новому пониманию природы таинственной темной энергии.

«Пантеон+ дает нам наилучшую возможность ограничить темную энергию, ее происхождение и эволюцию», — говорит Прюитт.

Ссылка: «Пантеон + анализ: космические ограничения» Диллона Прюитта, Дэна Сколника, Броуди Поповича, Адама Дж. Риза, Энтони Карра, Джо Зонца, Рика Кесслера, Тамары М. Дэвис, Сэмюэля Хинтона, Дэвида Джонса, У. Дарси Кенворти, Эрик Р. Петерсон, Халед Саид, Джорджи Тейлор, Нур Али, Патрик Армстронг, Пранав Шарво, Ариана Дюмо, Коул Маллдорф, Антонелла Пальмес, Хелен Коу, Бенджамин М. Роуз, Бруно Санчес, Кристофер В. Стаббс, Мария Винченци, Шарлотта М. Вуд, Питер Дж. Браун, Ребекка Чин, Кен Чемберс, Дэвид А. Коултер, Первомай, Георгиос Деметриадис, Алексей Ф. Филипенко, Райан Дж. Фоули, Саураб Джа, Лиза Келси, Роберт Б. Киршнер, Анис Мюллер, Джесси Мьюир, Сешадри Надтор , Йен Чин Пан, Армин Рист, Сезар Рохас Браво, Масао Сакко, Мэтью Зайберт, Мэтт Смит, Бенджамин Э. Шталь и Фил Уайзман, 19 октября 2022 г., Астрофизический журнал.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac8e04

READ  Как мутации Omicron позволяют ему процветать