Is mysterieuze donkere energie constant in ruimte en tijd?

In 2011 beloonde de Nobelprijs voor de natuurkunde de ontdekkers van de recente versnelling, gedurende de afgelopen paar miljard jaar, van de uitdijing van het zichtbare universum. We verwachtten een continue vertraging sinds de oerknal.

In tegenstelling tot wat je op het eerste gezicht zou denken zonder de uitleg van het Nobelcomité te lezen, ging het niet om de ontdekking van donkere energie. Dit is slechts één manier om de versnelling van expansie te verklaren en enige betekenis te geven aan wat het verklaart in Einsteins relativistische vergelijkingen voor zwaartekracht, zijn beroemde kosmologische constante.

Een van de mogelijke verklaringen voor deze constante is dat het een even simpele eigenschap is van de zwaartekrachttheorie als de constante van Newton wordt geïmpliceerd door deze theorie. Het kan ook een minimale energiedichtheid zijn voor een scalair veld vergelijkbaar met het Brout-Englert-Higgs-veld.

In het laatste geval zou de kosmologische constante van Einstein in feite een dynamische grootheid zijn die zowel in de ruimte als in de tijd kan evolueren, wat zou kunnen helpen bij het oplossen van de huidige crisis in de kosmologie.

Quantum vacuümenergie?

Integendeel, zou het een manifestatie kunnen zijn van wat bekend staat als de nulpuntsenergie van kwantumvelden, of het nu het elektromagnetische veld is of de Dirac-velden van quarks en leptons. Er zal ook een nulpuntsbijdrage zijn aan het zwaartekrachtveld. Overigens zijn al deze nulpunten gevolgen van de ongelijkheid van Heisenberg die verhindert dat een deeltje zowel een oneindig nauwkeurige positie als een nulsnelheid heeft. Er bestaat dus noodzakelijkerwijs een fundamentele staat van oscillatie en activiteit voor een kwantumveld die niet kan worden gereduceerd. Dan zou de kosmologische constante noodzakelijkerwijs constant zijn in tijd en ruimte en zou het onmogelijk zijn om energie te onttrekken aan het kwantumvacuüm dat deze velden innemen, anders zou het andere kwantummechanica impliceren.

Helge Krag, gerenommeerd wetenschapshistoricus van de Universiteit van Kopenhagen, legt uit ter gelegenheid van het symposium over publicerenThe Oxford Handbook of the History of Quantum Interpretations Het nulpuntsenergieprobleem van kwantumvelden is sinds het begin, of bijna, relevant voor de kosmologie. Voor een min of meer accurate Franse vertaling, klik op de witte rechthoek rechtsonder. De Engelse vertaling zou dan moeten verschijnen. Klik vervolgens op de moer rechts van de rechthoek, klik vervolgens op Ondertitels en ten slotte op Ondertiteling automatisch. Kies “Frans”. © ideeën in de wetenschap

Een manier om tussen deze theorieën te kiezen, is door steeds nauwkeurigere metingen in ruimte en tijd uit te voeren van de waarde van de kosmologische constante.

Een manier om dit te doen is gebaseerd op het feit dat de versnelling van de expansie veroorzaakt door donkere energie zich gedraagt ​​als een soort antizwaartekrachteffect waarbij de expansie van de ruimte de klassieke zwaartekracht tegenwerkt. Het effect is verwaarloosbaar in het zonnestelsel en op het niveau van sterrenstelsels, maar het kan beginnen te worden gevoeld op het niveau van clusters van sterrenstelsels door hun vorming en bewegingen tegen te gaan.

Clusters van sterrenstelsels kunnen worden bestudeerd door gebruik te maken van het feit dat ze baden in extreem heet plasma en daardoor röntgenstraling uitzenden. Spektr-RG-observatorium.

Een groei van het aantal clusters van sterrenstelsels die de aard van donkere energie verhindert

Onlangs heeft I-Non Chiu van de National Cheng Kung University in Taiwan, in samenwerking met astrofysici van Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) Matthias Klein, Sebastien Bouquet en Joe Mohr hebben de eerste studie van donkere energie gepubliceerd met behulp van eRosita, die precies gebaseerd is op de studie van clusters van sterrenstelsels. Dit resulteerde in een artikel dat gratis te raadplegen is op arXiv.

In het LMU-persbericht dat bij dit artikel hoort, legt Matthias Klein uit dat ” We kunnen veel leren over de aard van donkere energie door het aantal clusters van melkwegstelsels te tellen dat zich in het universum heeft gevormd als een functie van de tijd – of vanuit een direct observatieperspectief als een functie van roodverschuiving. Dit aantal is een functie van de eigenschappen van donkere energie en de theorieën die het voorspellen.

Dus het werd geïdentificeerd in het kader van de zogenaamde bewakingscampagne eRosita’s ultieme tropische diepteonderzoek (eFEDS), een preambule die ongeveer 1% van de kluis dekt voor een campagne die alles dekt.

Dit alles lijkt op ongeveer 500 clusters van melkwegstelsels die in een soort tijdwortel zijn verdeeld over lichtlagen die de laatste 10 miljard jaar van het bestudeerde waarneembare universum beslaan.

Op basis van de nauwkeurigheid van de huidige metingen concluderen de onderzoekers opnieuw dat de energiedichtheid van donkere energie uniform lijkt te zijn in de ruimte en constant in de tijd.

” Onze resultaten komen ook goed overeen met andere onafhankelijke methoden, zoals eerdere studies van clusters van sterrenstelsels en die met behulp van zwakke zwaartekrachtlenzen en de kosmische microgolfachtergrond. Tot nu toe geeft al het observationele bewijs, inclusief de meest recente eFEDS-resultaten, aan dat donkere energie kan worden beschreven door een simpele constante Sébastien Bouquet besluit.

Je zou meer moeten weten over de missie van Euclides en de telescoop Vera Rubin. Een veranderende kosmologische constante zou kunnen betekenen dat er op een dag een omkering van de expansie en dus een nieuwe oerknal zal plaatsvinden. Anders zal expansie voor altijd doorgaan, maar zelfs de eeuwigheid kan eindigen volgens de Nobelprijs voor natuurkunde Roger Penrose…

We weten heel weinig over het universum. De ingrediënten die 4% van de energiedichtheid uitmaken – “gewone” materie zoals protonen en neutronen – vormen slechts een heel klein deel van het “recept voor het universum”. De samenstelling van de resterende 96% is dubbelzinnig. Tegenwoordig wordt aangenomen dat 26% donkere materie is. Het grootste aandeel, geschat op 70%, bestaat echter uit donkere energie. Om hun aard te begrijpen, hebben wetenschappers zeer grote en zeer hete sterren waargenomen, clusters van sterrenstelsels, die bestaan ​​uit vele duizenden sterrenstelsels die met verschillende snelheden in een gemeenschappelijk zwaartekrachtveld bewegen. Binnenin zijn deze vreemde structuren gevuld met een zwak, extreem heet gas dat kan worden waargenomen door middel van röntgenstraling. Dit is waar eRosita’s röntgen “ogen” in het spel komen. Ze maken het mogelijk clusters van sterrenstelsels waar te nemen en te zien hoe ze zich in het heelal bewegen en vooral met welke snelheid ze bewegen. Hopelijk vertellen deze bewegingen ons meer over donkere energie. © Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)