Waar is het universum van gemaakt? Deze vraag houdt astronomen al honderden jaren bezig.

De afgelopen kwart eeuw hebben wetenschappers geloofd dat ‘normale’ dingen zoals atomen en moleculen waaruit jij, ik, de aarde bestaat, en bijna alles wat we kunnen zien, slechts 5 procent van het universum uitmaken. Nog eens 25 procent is ‘donkere materie’, een onbekende substantie die we niet kunnen zien, maar die we wel kunnen detecteren door de manier waarop deze via de zwaartekracht normale materie beïnvloedt.

De resterende 70 procent van de kosmos bestaat uit ‘donkere energie’. Dit is een onbekende vorm van energie, ontdekt in 1998, waarvan wordt aangenomen dat deze het heelal in steeds sneller tempo doet uitdijen.

In een nieuwe studie, binnenkort gepubliceerd in de Astronomisch Tijdschrifthebben mijn collega's en ik de eigenschappen van donkere energie gedetailleerder dan ooit tevoren gemeten. Onze resultaten laten zien dat het mogelijk om een ​​hypothetische vacuümenergie gaat die voor het eerst door Einstein werd voorgesteld – of dat het om iets vreemders en ingewikkelders kan gaan dat in de loop van de tijd verandert.

Wat is donkere energie?

Toen Einstein ruim een ​​eeuw geleden de algemene relativiteitstheorie ontwikkelde, realiseerde hij zich dat zijn vergelijkingen aantoonden dat het heelal ofwel zou moeten uitdijen ofwel krimpen. Dit leek hem verkeerd, dus voegde hij een ‘kosmologische constante’ toe – een soort energie die inherent is aan de lege ruimte – om de zwaartekracht in evenwicht te brengen en het universum statisch te houden.

Later, toen uit het werk van Henrietta Swan Leavitt en Edwin Hubble bleek dat het universum inderdaad uitdijde, maakte Einstein een einde aan de kosmologische constante en noemde het zijn ‘grootste fout’.

In 1998 ontdekten twee teams van onderzoekers echter dat de uitdijing van het heelal feitelijk aan het versnellen was. Dit impliceert dat er toch iets kan bestaan ​​dat sterk lijkt op de kosmologische constante van Einstein – iets dat we nu donkere energie noemen.

Sinds die eerste metingen gebruiken we supernova's en andere sondes om de aard van deze materie te meten donkere energie. Tot nu toe hebben deze resultaten aangetoond dat de dichtheid van donkere energie in het universum constant lijkt te zijn.

Dit betekent dat de kracht van donkere energie hetzelfde blijft, zelfs als het universum groeit; het lijkt niet dunner te worden verspreid naarmate het universum groter wordt. Dit meten wij met een gebeld getal w. Einsteins kosmologische constante is van kracht w tot –1, en eerdere observaties hebben gesuggereerd dat dit ongeveer juist was.

Exploderende sterren als kosmische meetstokken

Hoe meten we wat er in het heelal zit en hoe snel het groeit? We hebben geen enorme meetlinten of gigantische schubben, dus in plaats daarvan gebruiken we ‘standaardkaarsen’: voorwerpen in ruimte waarvan we de helderheid kennen.

Stel je voor dat het nacht is en je staat aan een lange weg met een paar lichtmasten. Deze palen hebben allemaal dezelfde gloeilamp, maar de verder weg gelegen palen zijn zwakker dan de dichtstbijzijnde.

Dit komt omdat het licht proportioneel vervaagt met de afstand. Als we de kracht van de lamp kennen en kunnen meten hoe helder de lamp lijkt, kunnen we de afstand tot de lichtmast berekenen.

Voor astronomen is een gewone kosmische gloeilamp een soort exploderende ster die een Type Ia-supernova wordt genoemd. Dit zijn witte dwergsterren die vaak materie van een naburige ster opzuigen en groeien tot ze 1.44 keer de massa van onze zon bereiken, waarna ze exploderen. Door te meten hoe snel de explosie verdwijnt, kunnen we bepalen hoe helder deze was en dus hoe ver van ons verwijderd.

Het onderzoek naar de donkere energie

De Onderzoek naar donkere energie is de grootste poging tot nu toe om donkere energie te meten. Ruim 400 wetenschappers verspreid over meerdere continenten werken al bijna tien jaar samen om herhaaldelijk delen van de zuidelijke hemel te observeren.

Herhaalde observaties laten ons zoeken naar veranderingen, zoals nieuwe exploderende sterren. Hoe vaker je waarneemt, hoe beter je deze veranderingen kunt meten, en hoe groter het gebied dat je doorzoekt, hoe meer supernova’s je kunt vinden.

De eerste resultaten die het bestaan ​​van donkere energie aangaven, gebruikten slechts een paar dozijn supernova's. De nieuwste resultaten van de Dark Energy Survey maken gebruik van ongeveer 1,500 exploderende sterren, wat een veel grotere nauwkeurigheid oplevert.

Met behulp van een speciaal gebouwde camera geïnstalleerd op de 4-meter Blanco-telescoop van het Cerro-Tololo Inter-American Observatory in Chili, vond het onderzoek duizenden supernova's van verschillende typen. Om erachter te komen welke van het type Ia waren (het soort dat we nodig hebben voor het meten van afstanden), hebben we de 4-meter Anglo Australian Telescope van het Siding Spring Observatory in New South Wales gebruikt.

De Anglo Australian Telescope heeft metingen gedaan die de kleuren van het licht van de supernova's hebben verbroken. Hierdoor kunnen we een ‘vingerafdruk’ zien van de afzonderlijke elementen in de explosie.

Type Ia-supernova's hebben een aantal unieke kenmerken, zoals dat ze geen waterstof en silicium bevatten. En met voldoende supernova's konden we dankzij machinaal leren duizenden supernova's efficiënt classificeren.

Ingewikkelder dan de kosmologische constante

Eindelijk, na meer dan tien jaar werk en het bestuderen van ongeveer 1,500 Type Ia-supernova’s, heeft de Dark Energy Survey een nieuwe beste meting opgeleverd van w​ We hebben gevonden w = –0.80 ± 0.18, dus het ligt ergens tussen –0.62 en –0.98.

Dit is een zeer interessant resultaat. Het ligt dicht bij –1, maar niet helemaal precies daar. Om de kosmologische constante, of de energie van de lege ruimte, te zijn, zou deze precies –1 moeten zijn.

Waar laat dit ons achter? Met het idee dat er misschien een complexer model van donkere energie nodig is, misschien wel een model waarin deze mysterieuze energie gedurende de levensduur van het universum is veranderd.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Beeldcredits: de overblijfselen van een Type Ia-supernova – een soort exploderende ster die wordt gebruikt om afstanden in het universum te meten. NASA / CXC / U.Texas, CC BY

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2024/01/12/supernova-study-shows-dark-energy-may-be-more-complicated-than-we-thought/