En ny analyse av mer enn 1500 supernovaer har satt ny presisjon på målinger av mørk materie og mørk energi som gjennomsyrer universet vårt.
Ifølge forskningen består omtrent to tredjedeler av kosmos (66,2%) av mørk energi, og den resterende tredjedelen (33,8%) består av materie. Nesten all materie er det som kalles “mørk”, noe som betyr at vi faktisk ikke kan se den – vi vet bare at den er der fordi vi kan måle dens gravitasjonseffekter. Den vanlige materien vi kan berøre og se utgjør mindre enn 5 % av universet. Teamets analyse, kalt Pantheon+, er publisert i dag i The Astrophysical Journal.
Resultatene har også implikasjoner for astrofysikeres målinger av Hubble-konstanten, tallet som beskriver hastigheten på universets ekspansjon. Dette tallet har lenge vært et puslespill, fordi det endrer seg betydelig avhengig av om du måler det lokalt eller på en kosmisk skala.
“Vi har spikret mørk energi mer presist enn noen gang til den ledende teorien, den kosmologiske konstanten, som antyder at universet oppfører seg på den måten som kan forklares av den enkleste teorien,” sa Dillon Brout, en astrofysiker og Einstein-stipendiat ved senteret for astrofysikk | Harvard & Smithsonian og avisens hovedforfatter. “I prinsippet er dette flott, men vårt samme datasett bringer også Hubble-spenningen til et nytt nivå.” Mer om den spenningen om et øyeblikk.
Materie er alle tingene i universet; mørk materie er den urapporterte massen i universet vi ikke kan observere direkte, men er bevist i dens gravitasjonseffekter. Mørk materie-kandidater inkluderer aksioner, WIMPer og andre subatomære partikler– Det kan også være en kombinasjon av disse teoretiserte massene, eller noe helt annet. Mørk energi (med samme navn fordi vi ikke vet nøyaktig hva den utgjør) er det som driver universets akselererende ekspansjon.
G/O Media kan få provisjon
Pantheon+ så på hastigheten på universets ekspansjon ved å bruke Type Ia-supernovaer, de voldsomme eksplosjonene som markerer slutten på stjerners liv. Astrofysikere kan bruke den tilsynelatende lysstyrken og rødforskyvningen til disse supernovaene for å finne ut hvor raskt universet har ekspandert i forskjellige perioder av dets eksistens.
Pantheon+ bygger på Pantheon, i seg selv en analyse av rundt 1000 supernovaer. Det nye verket er dobbelt så nøyaktig som de originale Pantheon-dataene. Teamet kombinerte også sine Pantheon+-resultater med målinger av universets struktur og dets eldste lys, den kosmiske mikrobølgebakgrunnen.
Type Ia supernovaer er noen av de lyseste hendelsene i universet, og kan overgå hele galakser. Noen av disse supernovaene skjedde i det svært fjerne universet, noe som betyr at de er mer rødforskyvet. Når universet utvider seg, strekker det lyset som reiser gjennom det; når lyset når jorden, ser det rødere ut (med lengre bølgelengde) enn det var da det ble sendt ut.
Teamet kombinerte Pantheon+-dataene med data fra SH0ES, et samarbeid som bruker supernovadata for å beregne den lokale Hubble-konstant, eller hvor raskt universet ser ut til å være utvides. Til sammen ga dataene en konstant på 45,61 miles (73,4 km) per sekund per megaparsek. Dette skiller seg fortsatt fra Hubble-konstanten som er beregnet ved hjelp av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, det eldste lyset i universet. Dette avviket mellom lokale og fjernmålinger er det Brout refererte til som “Hubble-spenning.”
Det nye funnet øker sikkerheten rundt spenning til a 5-sigma terskel, noe som betyr at det bare er omtrent en en-i-en-million sjanse for at den langvarige avvik i Hubble-konstantmålingene er bare et lykketreff.
Pantheon+-dataene dekker det Brout beskriver til som det “sene” universet, noe som betyr at supernovaene som er tatt med i analysen stammer fra rundt 10 milliarder år siden til i dag. Noen aktuelle teorier om å lukke gapet mellom de to Hubble tall innebærer å granske den eldste fysikken i universet, ved å bruke lyskilder som de sett av Webb Space Telescope.
Heldigvis sa Brout, det er instrumenter i horisonten som vil «innlede en flodbølge av supernovaer, som dverger den nåværende Pantheon+-prøven». De viktigste blant dem er Vera Rubin LSST-kameraet (som Gizmodo besøkte oktober i fjor og skal være ferdig tidlig i 2023) og NASAs romerske romteleskop Nancy Grace, som forventes å bli lansert på midten av 2020-tallet.
For måling av Hubble-konstanten ville det være en stor hjelp å fange data om en nærliggende supernova – noe som betyr å vente på at en nærliggende stjerne skal dø. Hvis det skjer, kan ny teknologi som Webb-teleskopet raskt avbilde det i de infrarøde og nær-infrarøde bølgelengdene. Disse målingene vil hjelpe forskere å forstå hvordan støvet rundt supernovaer kan forårsake feil i astrofysiske beregninger, og dermed forbedre nøyaktigheten til Hubble konstantmålinger.
Undersøkelser som dette burde bringe oss nærmere til endelig å knekke mysteriet med mørk energi og mørk materie – men for nåh, vi er fortsatt stumpete.
Mer: Astronomer beregner universets alder med Atacama-ørkenteleskopet