Znajdź zawartość

Krótko po Wielkim Wybuchu, gdy wszechświat zaczął się rozszerzać, przypominał on gotującą się wodę i dochodziło w nim do nieznanych dotychczas przejść fazowych. Wyobraźmy sobie, że bąble pojawiały się w różnych miejscach wczesnego wszechświata. Stawały się coraz większe, zderzały się ze sobą. W końcu mieliśmy do czynienia ze złożonym układem zderzających się bąbli, które uwolniły energię i wyparowały, mówi Martin S. Sloth z Centrum Kosmologii i Fenomenologii Fizyki Cząstek Uniwersytetu Południowej Danii. Wraz z Florianem Niedermannem z Nordyckiego Instytutu Fizyki Teoretycznej (NORDITA) w Sztokholmie stworzył on hipotezę, która ma rozwiązywać problemy ze stałą Hubble'a. Stała Hubble'a to wartość, która mówi nam, z jaką prędkością wszechświat się rozszerza. Można ją obliczyć na podstawie analizy promieniowania tła albo na podstawie tempa oddalania się od nas gwiazd i galaktyk. Obie metody są prawidłowe, obie są przyjęte przez naukę. Problem w tym, że dają różne wyniki. A jest on na tyle poważny, że przed kilku laty odbyło się specjalne spotkanie, na którym omawiano to zagadnienie. W nauce powinniśmy być w stanie dojść do tych samych wyników za pomocą różnych metod. Mamy więc problem. Dlaczego nie otrzymujemy takiego samego wyniku w tym przypadku, gdy jesteśmy pewni, że obie metody są prawidłowe?, pyta Niedermann. Jeśli uważamy obie te metody za prawidłowe, a tak jest, może to nie metody są problemem. Może powinniśmy popatrzeć na sam początek, na bazę do której te metody stosujemy. Może to w niej tkwi błąd, dodaje. Bazą dla obu metod obliczania stałej Hubble'a jest Model Standardowy, który zakłada, że przez 380 000 lat po Wielkim Wybuchu wszechświat wypełniony był promieniowaniem i materią – zarówno normalną jak i ciemną – i to były dominujące formy energii. Promieniowanie i zwykła materia były skompresowane w ciemnej, gorącej gęstej plazmie. Dla takiego modelu otrzymujemy obecnie dwie różne wartości stałej Hubble'a. Sloth i Niedermann wysunęli hipotezę, że we wczesnym wszechświecie dużą rolę odgrywała nieznana forma ciemnej energii. Okazało się, że gdy przyjęli takie założenie i obliczyli dla niego stałą Hubble'a, to za pomocą obu metod uzyskali ten sam wynik. Hipotezę tę nazwali NEDE (New Early Dark Energy – Nowa Wczesna Ciemna Energia). Naukowcy postulują, że ta nowa ciemna energia przeszła zmianę fazy na krótko przed zmianą wszechświata z gęstej gorącej plazmy w stan, w jakim obecnie się znajduje. Ciemna energia wczesnego wszechświata przeszła zmianę fazy tak, jak woda może zmienić fazę pomiędzy stanem stały, ciekłym i gazowym. Podczas tej przemiany fazowej bąble energii zderzały się ze sobą, uwalniając energię, wyjaśnia Niedermann. Proces ten mógł trwać bardzo krótko, tylko tyle czasu ile trzeba dwóm cząstką by się zderzyły, a mógł trwać też 300 000 lat. Tego nie wiemy, ale próbujemy się dowiedzieć, dodaje Sloth. Obaj naukowcy zdają sobie sprawę z faktu, że sugerują, iż podstawy naszego rozumienia wszechświata są wadliwe i że zaproponowali istnienie nieznanych dotychczas cząstek lub sił. Zauważają jednak, że w ten sposób można wyjaśnić problemy ze stałą Hubble'a. Jeśli ufamy obserwacjom i obliczeniom, to musimy zaakceptować fakt, iż nasz obecny model wszechświata nie wyjaśnia danych. Musimy więc poprawić ten model. Ale nie poprzez jego odrzucenie i odrzucenie wszystkiego, w czym dotychczas się sprawdził, ale przez dopracowanie go i uszczegółowienie, stwierdzają. A – jak mówią – dodanie do obecnego Modelu Standardowego hipotezy o zmianie fazy ciemnej energii we wczesnym wszechświecie pozwala na rozwiązanie problemów z obliczeniem tempa rozszerzania się wszechświata. Warto w tym miejscu przypomnieć, że przed dwoma laty grupa fizyków wpadła na ślady nieznanego rodzaju ciemnej energii, która mogła istnieć w ciągu pierwszych 300 000 lat po Wielkim Wybuchu. Jeszcze inną próbą rozwiązania problemu jest przyjęcie, że wszechświat nie jest homogeniczny. « powrót do artykułu

Dwie grupy naukowe twierdzą, że wpadły na ślad nieznanego rodzaju ciemnej energii, która mogła istnieć w ciągu pierwszych 300 000 lat po Wielkim Wybuchu, przed okresem rekombinacji, w którym protony i elektrony utworzyły atomy. Obecność tej ciemnej energii – o ile w ogóle spostrzeżenia się potwierdzą – może wyjaśniać, dlaczego różne metody obliczania tempa rozszerzania się wszechświata dają różne wyniki. Tempo rozszerzania się wszechświata, stała Hubble'a, zostało wyliczone 100 lat temu. Problem w tym, że wyliczenia stałej Hubble'a w oparciu o badania mikrofalowego promieniowania tła (CMB), czyli promieniowania wyemitowanego na wczesnych etapach rozwoju wszechświata, dają inne wyniki, niż liczone w oparciu o supernowe. Innymi słowy, obliczenia oparte na najstarszych danych nie zgadzają się z tymi, opartymi na danych nowszych. Istnienie w przeszłości nieznanej formy ciemnej energii być może pozwoliłoby wyjaśnić te różnice. Dotychczas powstały liczne hipotezy, próbujące wyjaśnić te różnice. Przed dwoma laty Marc Kamionkowski i jego koledzy z Johns Hopkins University, zaproponowali hipotezę o „wczesnej ciemnej energii”, która miała wypełniać wszechświat przez kilkaset tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Nie jest to do końca przekonujące, ale to jedyny model, który może działać, mówi Kamionkowski. Ta wczesna ciemna energia nie byłaby w stanie napędzać przyspieszenia wszechświata w sposób, jaki robi to „normalna” ciemna energia, ale spowodowałaby ona, że plazma we wczesnym wszechświecie ochładzałaby się szybciej. A to z kolei wpłynęłoby na interpretację wyników pomiarów CMB, szczególnie zaś wieku wszechświata i tempa jego rozszerzania się. Informacje, sugerujące istnienie energii postulowanej przez zespół Kamionkowskiego, zauważono w danych dotyczących polaryzacji CMB z Atacama Cosmology Telscope (ACT) z lat 2013–2016. Autorami jednego z artykułów – oba zostały opublikowane na serwerze arXiv – są uczeni pracujący przy ACT, a autorami drugiego niezależna grupa naukowa. Sami autorzy badań, zwracają uwagę, że jest jeszcze zdecydowanie zbyt wcześnie, by ogłaszać odkrycie. Zebrane dane nie pozwalają jednoznacznie stwierdzić, że mamy do czynienia z nieznanym rodzajem ciemnej energii. Jednak, jak zauważają, kolejne obserwacje za pomocą ACT oraz South Pole Telescope mogą już wkrótce dostarczyć kolejnych danych. Jeśli to prawda, jeśli rzeczywiście we wczesnym wszechświecie istniała jakaś inna forma ciemnej energii, to powinniśmy zobaczyć silny sygnał, mówi Colin Hill, kosmolog z Columbia University, który jest współautorem badań zespołu ACT. ACT i South Pole Telescope to urządzenia, których celem jest mapowanie CMB. Autorzy obu artykułów z arXiv twierdzą, że dane z ACT dotyczące polaryzacji mikrofalowego promieniowania tła, bardziej pasują do modelu zawierającego wczesną ciemną energię, niż do modelu standardowego. Jeśli byłyby prawdziwe, to by oznaczało, że wszechświat liczy sobie 12,4 miliarda lat, a nie 13,8 miliarda lat, jak się obecnie przyjmuje. Ponadto tempo rozszerzania się wszechświata liczone z mikrofalowego promieniowania tła byłoby o 5% większe, czyli wynosiłoby ok. 71 km/s/Mpc (kilometrów na sekundę na megaparsek), a to już mieści się w zakresach wartości liczonych z supernowych. Uczeni bardzo ostrożnie podchodzą do swoich spostrzeżeń. W tej chwili sprawdzają, czy również w zarejestrowanych przez ACT danych dotyczących temperatury CMB zauważą preferencje odnośnie hipotezy o wczesnej ciemnej energii. Niezwykle ważne dla zweryfikowanie tych informacji będzie sprawdzenie danych z ACT za pomocą danych z South Pole Telescope. « powrót do artykułu