Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
WMAP zakończył misję
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Losy wszechświata zależą od równowagi pomiędzy ciemną energią, a materią. Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), zamontowany na Kitt Peak w Arizonie działa od 2021 roku i zebrał dane o milionach galaktyk i kwazarów, dzięki czemu powstała największa trójwymiarowa mapa wszechświata. Gdy zaś naukowcy połączyli dane z DESI z danymi uzyskanymi z innych instrumentów, pojawiły się wskazówki, że ciemna energia – o której sądzono, że jest stałą kosmologiczną – ewoluuje w niespodziewany sposób i słabnie z czasem. A to oznacza, że standardowy model kosmologiczny może wymagać aktualizacji.
DESI to międzynarodowy eksperyment zarządzany przez Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL). Zaangażowanych weń jest ponad 900 naukowców z ponad 70 instytucji badawczych na całym świecie. To co widzimy, jest niezwykle intrygujące. Bardzo ekscytująca jest świadomość, że możemy być o krok od wielkiego odkrycia dotyczącego ciemnej energii i natury wszechświata, mówi profesor Alexie Leauthaud-Harnett, rzecznik prasowa DESI.
Same w sobie dane z DESI są zgodne z najpowszechniej uznawanym modelem wszechświata Lambda-CDM (ΛCDM), gdzie Λ to ciemna energia będącą tutaj stałą kosmologiczną, a CDM to zimna ciemna materia. Jeśli jednak połączy się te dane z wynikami badań mikrofalowego promieniowania tła (CMB), supernowych oraz słabego soczewkowania grawitacyjnego, coraz bardziej staje się oczywiste, że ciemna energia może słabnąć w czasie i inne modele kosmologiczne mogą lepiej opisywać rzeczywistość.
Coraz bardziej i bardziej wygląda na to, że musimy zmodyfikować nasz standardowy model kosmologiczny tak, by wszystkie dane do siebie pasowały. A przyjęcie, że ciemna energia ulega ewolucji wydaje się najbardziej obiecującą metodą modyfikacji, dodaje profesor Will Percival, drugi z rzeczników prasowych DESI.
Jak na razie poziom ufności, że rzeczywiście chodzi o ewolucję ciemnej energii nie osiągnął 5 sigma, kiedy to mówi się o odkryciu. Jednak różne kombinacje danych z DESI z pomiarami CMB, supernowych i soczewkowania dają wartości od 2,8 do 4,2 sigma. Poziom 3 sigma oznacza, że istnieje 0,3% szansy, iż uzyskane dane nie są prawdziwe. Pozornie to niewiele, jednak w fizyce już niejednokrotnie zdarzało się, że obserwacje o poziomie ufności 3 sigma po uwzględnieniu dodatkowych danych okazywały się anomalią statystyczną. Dlatego właśnie o odkryciu jest mowa przy poziomie 5 sigma.
Pozwalamy wszechświatowi opowiedzieć nam, jak działa i być może mówi nam, że jest bardziej złożony, niż sądziliśmy. To niezwykle interesujące, a coraz więcej linii dowodowych prowadzi nas w tym samym kierunku, dodaje Andrei Cuceu, który stoi na czele grupy roboczej Lyman-alpha, mapującej odległe obszary wszechświata na podstawie rozkładu międzygalaktycznego wodoru.
Jeśli rzeczywiście ciemna energia słabnie, nie wiemy, co to oznacza. Być może rozszerzanie wszechświata się zatrzyma i pod wpływem grawitacji zacznie się on kurczyć. A być może ciemna energia ulegnie dodatkowemu wzmocnieniu i wszechświat zacznie rozszerzać się jeszcze szybciej. Nowe obserwacje otwierają przed teoretykami nowe możliwości. O ile, oczywiście, są prawdziwe.
DESI prowadzi jeden z najszerzej zakrojonych przeglądów kosmosu. Supernowoczesny instrument jest w stanie jednocześnie badać światło z 5000 galaktyk. Celem projektu jest zbadanie 50 milionów galaktyk i kwazarów. Cel ten może zostać osiągnięty pod koniec 2026 lub na początku 2027 roku. W międzyczasie, jeszcze w bieżącym roku DESI opublikuje wyniki badań nad gromadzeniem się galaktyk i materii w ciągu miliardów lat. Proces ten obrazuje wzajemne oddziaływanie grawitacji i ciemnej energii. Wyniki tych badań powinny jeszcze lepiej pokazać, czy rzeczywiście ciemna energia ulega osłabieniu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Pomimo tego, że jest milion razy mniejszy, pojedynczy neutron może wpływać na energię molekuły. Teraz fizykom z MIT i innych uczelni udało się zmierzyć wpływ neutronu na radioaktywną molekułę, co może mieć fundamentalne znaczenie dla badań nad ciemną materią czy naruszeniem symetrii.
Naukowcy opracowali technikę wytwarzania i badania krótko żyjących radioaktywnych molekuł z precyzyjnie kontrolowaną liczbą neutronów. Wybrali liczne izotopy tej samej molekuły, a w każdym z nich był o 1 neutron mniej, niż w poprzednim. Następnie mierzyli energię każdej z molekuł i byli w stanie wykryć minimalne, niemal niewidoczne różnice pomiędzy nimi.
Możliwość zarejestrowania takich różnic oznacza, że naukowcy będą w stanie badać radioaktywne molekuły pod kątem występowania w nich zjawisk wywoływanych przez obecność ciemnej materii lub też przyczyn naruszenia symetrii we wszechświecie.
Jeśli prawa fizyki są symetryczne, a sądzimy, że są, to w wyniku Wielkiego Wybuchu powinno powstać tyle samo materii i antymaterii. Jednak fakt, że obserwujemy niemal wyłącznie materię, a antymateria to jedynie jedna część na miliard, oznacza, że coś narusza podstawową symetrię fizyki w sposób, którego nie potrafimy wyjaśnić, mówi profesor Ronald Fernando Garcia Ruiz z MIT.
Teraz mamy szansę zmierzyć te naruszenia symetrii, używając przy tym ciężkich radioaktywnych molekuł, które są niezwykle czułe na zjawiska, jakich nie obserwujemy w innych molekułach. Może to nam dostarczyć odpowiedzi na najwięsze tajemnice dotyczące powstania wszechświata, dodaje.
Większość jąder atomowych ma kształt sfery z równo rozłożonymi protonami i neutronami. Jednak niektóre pierwiastki radioaktywne, jak rad, mają jądra o kształcie gruszki. Protony i neutrony są w nich rozłożone nierównomiernie. Fizycy uważają, że takie zaburzenie kształtu może zwiększać naruszenie symetrii, które spowodowało, iż wszechświat składa się z materii. "Jądra pierwiastków radioaktywnych mogą pozwolić nam na obserwowanie tego naruszenia", uważa współautor najnowszych badań, Silviu-Marian Udrescu. "Problem w tym, że są one bardzo niestabilne i krótkotrwałe. Potrzebujemy więc bardzo czułych metod, które pozwolą nam na ich szybkie wytwarzania i badanie.
Naukowcy umieszczali radioaktywne pierwiastki w molekule, co dodatkowo zwiększa zaburzenie symetrii. Każda z radioaktywnych molekuł składa się z co najmniej jednego radioaktywnego atomu związanego z co najmniej jednym innym atomem. Każdy z atomów otoczony jest chmurą elektronów, które tworzą pole bardzo silne elektryczne molekuły. Naukowcy uważają, że pole to może dodatkowo wzmacniać subtelne zjawiska, jak np. zaburzenie symetrii.
Autorzy badań tworzą molekuły, które nie istnieją w naturze. W ubiegłym roku poinformowali u uzyskaniu monofluorku radu (RaF), radioaktywnej molekuły składającej się z atomu radu i atomu fluoru. Teraz zaczęli uzyskiwać izotopy tej molekuły, zawierające różną liczbę neutronów.
Podczas swojej pracy wykorzystali urządzenie ISOLDE (Isotope mass Separator On-Line) z CERN-u. Powstaje w nim cała grupa molekuł, w tym RaF, które są oddzielane od reszty za pomocą laserów, pól elektromagnetycznych i pułapek jonowych. Następnie naukowcy badają masę molekuł, dzięki czemu poznają liczbę neutronów w jądrach radu. Następnie sortują molekuły w zależności od liczby neutronów. W ten sposób uzyskali pięć grup identycznych izotopów RaF. Izotopy w każdej z grup mają inną liczbę neutronów niż w pozostałych grupach. Następnie dokonywali pomiarów poziomów energetycznych cząsteczek.
Wyobraźmy sobie molekułę, która wibruje jak dwie piłki na sprężynie. Posiada ona pewną energię. Jeśli w jednej z tych piłek zmienimy liczbę neutronów, może zmieć się poziom energetyczny. Jednak każdy z neutronów jest 10 milionów razy mniejszy niż molekuła. Więc różnice są tutaj minimalne. Szczerze mówiąc, nie spodziewaliśmy się, że za pomocą współczesnych technik będziemy w stanie je zauważyć. Ale się udało. I bardzo wyraźnie to widać, mówi Udrescu.
Naukowiec porównuje czułość eksperymentu do możliwości zaobserwowania, jak Mount Everest, umieszczony na powierzchni Słońca, zmienia promień naszej gwiazdy. Dodaje, że zaobserwowanie naruszenia symetrii wymaga czułości odpowiadającej obserwacji wpływu ludzkiego włosa na zmianę promienia Słońca.
Uzyskane wyniki pokazują, że radioaktywne molekuły, takie jak RaF, są niezwykle czułe na pewne zjawiska, dzięki czemu możemy badać te zjawiska. Bardzo ciężkie radioaktywne molekuły są wyjątkowe. Są wrażliwe na zjawiska, jakich nie możemy zaobserwować w innych molekułach. Jeśli więc szukamy tego, co narusza symetrię, jest spora szansa, że zauważymy to w takich właśnie molekułach, dodaje Udrescu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Od dawna wśród astronomów i fizyków trwa spór, czy tajemnicza ciemna materia faktycznie istnieje we Wszechświecie - czy może są to jakieś odstępstwa od tego, jak rozumiemy grawitację. Naukowcy analizujący przegląd nieba KiDS, a wśród nich polski astronom Maciej Bilicki z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN w Warszawie, sprawdzali to, wykorzystując obserwacje tysięcy galaktyk.
Ciemna materia to składnik Wszechświata, którego nie obserwujemy bezpośrednio. O jej istnieniu wnioskujemy na podstawie oddziaływań grawitacyjnych ze zwykłą (świecącą) materią. Obecność ciemnej materii została zaproponowana dla wytłumaczenia obserwowanej rotacji galaktyk oraz ruchów galaktyk w gromadach – widzialnej materii jest zbyt mało, aby można było wytłumaczyć zachodzące w tych przypadkach efekty. Modele wskazują, że ciemnej materii jest kilkakrotnie więcej, niż materii zwykłej.
W nowych badaniach, które przeprowadził zespół naukowców pod kierunkiem Margot Brouwer (Uniwersytet w Groningen i Uniwersytet Amsterdamski), postanowiono sprawdzić zarówno hipotezę ciemnej materii, jak i różne teorie grawitacji.
Badacze wykorzystali dane z przeglądu nieba Kilo-Degree Survey (KiDS), wykonanego przy pomocy VLT Survey Telescope (VST), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). Mierzyli tzw. słabe soczewkowanie grawitacyjne, czyli niewielkie ugięcie światła galaktyk spowodowane przez grawitację innych galaktyk położonych bliżej nas. Do analiz wybrano galaktyki z obszaru nieba o powierzchni 1000 stopni kwadratowych (2,5 procent sfery niebieskiej), badając rozkład grawitacji dla około miliona galaktyk. Dane na temat analizowanych galaktyk pochodziły z katalogu opublikowanego niezależnie przez międzynarodową grupę, którą kierował dr hab. Maciej Bilicki.
Dla prawie 260 tysięcy galaktyk udało się zmierzyć tzw. relację przyspieszenia radialnego (ang. Radial Acceleration Relation, w skrócie RAR). Opisuje ona związek pomiędzy spodziewaną, a obserwowaną grawitacją (obserwowaną na podstawie widocznej materii), z czego można wysnuć wnioski ile jest nadmiarowej grawitacji.
Do tej pory ta nadmiarowa grawitacja była wyznaczana w zewnętrznych regionach galaktyk jedynie poprzez obserwację ruchu gwiazd oraz zimnego gazu. Wykorzystując efekt soczewkowania grawitacyjnego badacze byli teraz w stanie wyznaczyć RAR w rejonach o stukrotnie słabszej sile grawitacji niż dotąd, sięgając w rejony znajdujące się daleko poza centrami galaktyk.
Sprawdzili cztery różne modele teoretyczne – dwa zakładające istnienie ciemnej materii i dwa ze zmodyfikowanym prawem grawitacji (tzw. „zmodyfikowana dynamika newtonowska”, w skrócie MOND od angielskiego określenia „Modified Newtonian Dynamics”). Okazało się, że najlepiej do wyników pasuje symulacja o nazwie MICE (jedna z uwzględniających ciemną materię), ale pozostałe warianty również pozostają w grze.
W dalszym toku badań podzielono galaktyki z badanej próbki na młode (niebieskie galaktyki spiralne) i stare (czerwone galaktyki eliptyczne). Powstają one w różny sposób, a względna ilość zwykłej i ciemnej materii w różnych typach galaktyk może się zmieniać. Z kolei z alternatywnych teorie grawitacji wynika, że zależność ta powinna być stała. Dało to szansę na dalszą weryfikację poszczególnych modeli.
W teoriach zmodyfikowanej grawitacji, takich jak MOND, ta relacja powinna być zawsze taka sama, niezależnie od typu galaktyki, gdyż jedynym znaczącym parametrem (determinującym RAR) jest w tych modelach łączna masa całej zwykłej materii (świecącej) – czyli gwiazd i gazu. Natomiast w standardowym modelu kosmologicznym galaktyki czerwone mają stosunkowo więcej ciemnej materii niż niebieskie, przy tej samej łącznej masie zwykłej materii – czyli stosunek ilości ciemnej materii do materii świecącej jest większy dla galaktyk czerwonych niż dla niebieskich, tłumaczy Bilicki.
Nasze badania pokazują, że relacja RAR jest inna dla galaktyk czerwonych niż dla niebieskich. To wyjaśniałoby różnice w mierzonej relacji RAR i wykluczałoby teorie takie jak MOND czy grawitacja entropiczna, dodaje polski astronom.
Naukowiec mówi, że potrzebne są jednak dalsze obserwacje, bowiem może zachodzić także sytuacja, że galaktyki czerwone mają w rzeczywistości znacznie więcej zwykłej materii niż nam się wydaje, jeśli są otoczone ogromnymi obłokami rzadkiego, gorącego gazu (w przeciwieństwie do niebieskich, które tego gorącego gazu miałyby znacznie mniej). Taki wariant nie wykluczałby przynajmniej niektórych alternatywnych teorii grawitacji.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.