Shpërthimet e supernovës zbulojnë detaje të sakta të energjisë së errët dhe lëndës së errët

Një analizë e re e fuqishme është kryer nga astrofizikantët që vendos kufizimet më të sakta ndonjëherë në përbërjen dhe evolucionin e universit. Me këtë analizë, të quajtur Pantheon+, kozmologët e gjejnë veten në një udhëkryq.

Pantheon+ zbulon bindshëm se kozmosi përbëhet nga rreth dy të tretat e energjisë së errët dhe një e treta e materies – kryesisht në formën e materies së errët – dhe po zgjerohet me një ritëm të përshpejtuar gjatë disa miliardë viteve të fundit. Megjithatë, Pantheon+ forcon gjithashtu një mosmarrëveshje të madhe mbi ritmin e atij zgjerimi që ende nuk është zgjidhur.

Duke i vendosur teoritë moderne kozmologjike mbizotëruese, të njohura si Modeli Standard i Kozmologjisë, në baza edhe më të forta provash dhe statistikore, Pantheon+ mbyll më tej derën për kornizat alternative që llogaritin energjinë e errët dhe materien e errët. Të dy janë themele të Modelit Standard të Kozmologjisë, por ende nuk janë zbuluar drejtpërdrejt. Ata renditen ndër misteret më të mëdha të modeles. Duke ndjekur rezultatet e Pantheon+, studiuesit tani mund të ndjekin teste më të sakta vëzhguese dhe të japin shpjegime për kozmosin e gjorë.

“Me këto rezultate Pantheon+, ne jemi në gjendje të vendosim kufizimet më të sakta në dinamikën dhe historinë e universit deri më sot,” thotë Dillon Brout, një anëtar i Ajnshtajnit në Qendrën për Astrofizikë | Harvard dhe Smithsonian. “Ne i kemi analizuar të dhënat dhe tani mund të themi me më shumë besim se kurrë më parë se si universi ka evoluar gjatë epokave dhe se teoritë më të mira aktuale për energjinë e errët dhe lëndën e errët janë të forta.”

Brout është autori kryesor i një serie punimesh që përshkruajnë analizën e re Pantheon+, të botuar së bashku më 19 tetor në një numër special të The Astrophysical Journal.

Pantheon+ bazohet në grupin më të madh të të dhënave të këtij lloji, që përfshin më shumë se 1500 shpërthime yjore të quajtura supernova e tipit Ia. Këto shpërthime të ndritshme ndodhin kur yjet xhuxh të bardhë – mbetje yjesh si Dielli ynë – grumbullojnë shumë masë dhe i nënshtrohen një reaksioni termonuklear të arratisur. Për shkak se supernova e tipit Ia shkëlqen më shumë se galaktikat e tëra, shpërthimet yjore mund të shihen në distanca që tejkalojnë 10 miliardë vite dritë, ose prapa rreth tre të katërtat e moshës totale të universit. Duke pasur parasysh se supernova flakëron me shkëlqime të brendshme pothuajse uniforme, shkencëtarët mund të përdorin shkëlqimin e dukshëm të shpërthimeve, i cili zvogëlohet me distancën, së bashku me matjet e zhvendosjes së kuqe si shënues të kohës dhe hapësirës. Ky informacion, nga ana tjetër, zbulon se sa shpejt zgjerohet universi gjatë epokave të ndryshme, i cili më pas përdoret për të testuar teoritë e përbërësve themelorë të universit.

Zbulimi i madh në vitin 1998 i rritjes së përshpejtuar të universit ishte falë një studimi të supernovës së tipit Ia në këtë mënyrë. Shkencëtarët ia atribuojnë zgjerimin një energjie të padukshme, pra të quajtur energji të errët, të qenësishme në strukturën e vetë universit. Dekadat pasuese të punës kanë vazhduar për të përpiluar grupe të dhënash gjithnjë e më të mëdha, duke zbuluar supernova në një gamë edhe më të gjerë të hapësirës dhe kohës, dhe Pantheon+ tani i ka bashkuar ato në analizën më të fuqishme statistikisht deri më sot.

“Në shumë mënyra, kjo analizë e fundit e Pantheon+ është një kulm i përpjekjeve të zellshme prej më shumë se dy dekadash nga vëzhguesit dhe teoricienët në mbarë botën për të deshifruar thelbin e kozmosit,” thotë Adam Riess, një nga fituesit e çmimit Nobel në 2011. Fizikë për zbulimin e zgjerimit përshpejtues të universit dhe Profesor i nderuar i Bloomberg në Universitetin Johns Hopkins (JHU) dhe Institutin Shkencës të Teleskopit Hapësinor në Baltimore, Maryland. Riess është gjithashtu një student i Universitetit të Harvardit, me doktoraturë në astrofizikë.

Vetë karriera e Brout në kozmologji nis që në vitet e tij universitare në JHU, ku ai u mësua dhe u këshillua nga Riess. Atje, Brout punoi me studentin e atëhershëm të doktoraturës dhe këshilltarin e Riess, Dan Scolnic, i cili tani është asistent profesor i fizikës në Universitetin Duke dhe një tjetër bashkëautor në serinë e re të punimeve.

Disa vite më parë, Scolnic zhvilloi analizën origjinale të Panteonit të rreth 1000 supernova.

Tani, Brout dhe Scolnic dhe ekipi i tyre i ri Pantheon+ kanë shtuar rreth 50 për qind më shumë pika të dhënash të supernovës në Pantheon+, shoqëruar me përmirësime në teknikat e analizës dhe adresimin e burimeve të mundshme të gabimit, gjë që përfundimisht ka dhënë dyfishin e saktësisë së Pantheonit origjinal.

“Ky hap si në cilësinë e të dhënave ashtu edhe në të kuptuarit tonë të fizikës që e mbështet atë nuk do të ishte i mundur pa një ekip yjor studentësh dhe bashkëpunëtorësh që punonin me zell për të përmirësuar çdo aspekt të analizës,” thotë Brout.

Duke marrë të dhënat në tërësi, analiza e re thotë se 66.2 përqind e universit manifestohet si energji e errët, me 33.8 përqind të mbetur një kombinim i materies së errët dhe materies. Për të arritur në një kuptim edhe më të plotë të përbërësve përbërës të universit në epoka të ndryshme, Brout dhe kolegët kombinuan Pantheon+ me masa të tjera të evidentuara fuqishëm, të pavarura dhe plotësuese të strukturës në shkallë të gjerë të universit dhe me matje nga drita më e hershme në universi, sfondi kozmik mikrovalor.

Një tjetër rezultat kyç i Pantheon+ lidhet me një nga qëllimet kryesore të kozmologjisë moderne: uljen e shkallës aktuale të zgjerimit të universit, e njohur si konstanta e Hubble. Kombinimi i kampionit Pantheon+ me të dhënat nga bashkëpunimi SH0ES (Supernova H0 për Ekuacionin e Gjendjes), i udhëhequr nga Riess, rezulton në matjen më të rreptë lokale të shkallës aktuale të zgjerimit të universit.

Pantheon+ dhe SH0ES së bashku gjejnë një konstante Hubble prej 73.4 kilometra në sekondë për megaparsek me vetëm 1.3% pasiguri. E thënë ndryshe, për çdo megaparsek, ose 3.26 milionë vite dritë, analiza vlerëson se në universin e afërt, vetë hapësira po zgjerohet me më shumë se 160,000 milje në orë.

Megjithatë, vëzhgimet nga një epokë krejtësisht e ndryshme e historisë së universit parashikojnë një histori tjetër. Matjet e dritës më të hershme të universit, sfondi kozmik i mikrovalës, kur kombinohen me Modelin aktual Standard të Kozmologjisë, e lidhin vazhdimisht konstantën e Hubble me një shpejtësi që është dukshëm më e vogël se vëzhgimet e marra nëpërmjet supernovave të tipit Ia dhe shënuesve të tjerë astrofizikë. Kjo mospërputhje e konsiderueshme midis dy metodologjive është quajtur tensioni i Hubble.

Të dhënat e reja Pantheon+ dhe SH0ES e rrisin këtë tension të Hubble. Në fakt, tensioni tani ka kaluar pragun e rëndësishëm 5-sigma (rreth një në një milion shanset për t’u shfaqur për shkak të rastit të rastësishëm) që fizikanët përdorin për të dalluar midis goditjeve të mundshme statistikore dhe diçkaje që duhet kuptuar në përputhje me rrethanat. Arritja e këtij niveli të ri statistikor nxjerr në pah sfidën për teoricienët dhe astrofizikanët që të përpiqen të shpjegojnë mospërputhjen e vazhdueshme të Hubble.

“Ne menduam se do të ishte e mundur të gjejmë të dhëna për një zgjidhje të re për këto probleme në grupin tonë të të dhënave, por në vend të kësaj ne po gjejmë se të dhënat tona përjashtojnë shumë nga këto opsione dhe se mospërputhjet e thella mbeten po aq kokëfortë sa kurrë”, thotë Brout. .

Rezultatet e Pantheon+ mund të ndihmojnë për të treguar se ku qëndron zgjidhja e tensionit të Hubble. “Shumë teori të kohëve të fundit kanë filluar të tregojnë për fizikën e re ekzotike në universin shumë të hershëm, megjithatë, teori të tilla të paverifikuara duhet t’i rezistojnë procesit shkencor dhe tensioni i Hubble vazhdon të jetë një sfidë e madhe,” thotë Brout.

Në përgjithësi, Pantheon+ u ofron shkencëtarëve një vështrim gjithëpërfshirës prapa në pjesën më të madhe të historisë kozmike. Supernova më e hershme, më e largët në grupin e të dhënave shkëlqejnë nga 10.7 miliardë vite dritë larg, që do të thotë që nga koha kur universi ishte afërsisht një e katërta e moshës së tij aktuale. Në atë epokë të hershme, materia e errët dhe graviteti i lidhur me të mbanin në kontroll shkallën e zgjerimit të universit. Një gjendje e tillë e punëve ndryshoi në mënyrë dramatike gjatë disa miliardë viteve të ardhshme pasi ndikimi i energjisë së errët mposhti atë të materies së errët. Energjia e errët që atëherë ka shpërndarë përmbajtjen e kozmosit gjithnjë e më larg dhe me një ritëm gjithnjë në rritje.

“Me këtë grup të dhënash të kombinuar Pantheon+, ne marrim një pamje të saktë të universit që nga koha kur mbizotërohej nga materia e errët deri kur universi u dominua nga energjia e errët,” thotë Brout. “Kjo grup i të dhënave është një mundësi unike për të parë energjinë e errët të ndizet dhe të nxisë evolucionin e kozmosit në shkallët më të mëdha deri në kohën e tanishme.”

Studimi i këtij ndryshimi tani me dëshmi edhe më të forta statistikore do të shpresojmë të çojë në njohuri të reja mbi natyrën enigmatike të energjisë së errët.