Tegenwoordig zien we in het heelal talloze sterren en sterrenstelsels fonkelen, maar hoeveel materie is daar eigenlijk? De vraag is eenvoudig genoeg, maar het antwoord lijkt verrassend.
Dit dilemma bestaat grotendeels omdat de huidige kosmologische waarnemingen het simpelweg oneens zijn over de manier waarop materie in het huidige universum is verdeeld.
Een nieuwe computersimulatie die bijhoudt hoe alle elementen van het universum – gewone materie, donkere materie en donkere energie – evolueren volgens de wetten van de natuurkunde, zou nuttig zijn. De verbluffende beelden tonen de sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels die zichtbaar zijn in de afbeelding Universumwordt gevoed door wat wordt genoemd Het kosmische web. Dit netwerk is De grootste structuur in het universumopgebouwd uit filamenten bestaande uit gewone materie, of baryonische materie, en Donkere materie.
In tegenstelling tot eerdere simulaties waarbij alleen naar donkere materie werd gekeken, volgt het nieuwe werk, uitgevoerd door een project genaamd FLAMINGO (afkorting van Full-Scale Large-Scale Structure Simulation with All-Sky Mapping to Interpret Next Generation Observations), ook reguliere materie.
Verwant: Leven we in een simulatie? Het probleem met deze verbijsterende hypothese.
“Hoewel donkere materie de zwaartekracht domineert, kan de bijdrage van gewone materie niet langer worden verwaarloosd”, zegt Jupp Shaye, hoogleraar aan de Universiteit Leiden en co-auteur van de drie nieuwe onderzoeken naar het Flamingo-project, in een artikel. stelling.
Wat betreft de hoeveelheid materie die het universum feitelijk bevat, zeggen astronomen dat computersimulaties als deze niet alleen coole kosmische eye-candy zijn, maar ook belangrijke onderzoeken om de oorzaak te helpen bepalen van een grote discrepantie in de kosmologie, de zogenaamde ‘S8-spanning’. Dit is het voortdurende debat over de verdeling van materie in het universum.
Wat is S8-spanning?
Bij het verkennen van het heelal werken astronomen soms met de zogenaamde S8-parameter. Deze parameter beschrijft in wezen hoe ‘samengeklonterd’ of dicht opeengepakt alle materie in ons universum is, en kan nauwkeurig worden gemeten met behulp van zogenaamde waarnemingen met een lage roodverschuiving. Het wordt gebruikt door astronomen Roodverschuiving Om te meten hoe ver een object is Landen studies met lage roodverschuiving, zoals ‘zwak Zwaartekrachtlens ‘Enquêtes’ zouden licht kunnen werpen op processen die zich afspelen in het verre, en dus oudere, universum.
Maar de waarde van S8 kan ook worden voorspeld met behulp van een functie Standaard vorm Kosmologie. Wetenschappers kunnen het model in wezen aanpassen aan de bekende eigenschappen van het object Kosmische microgolfachtergrond (CMB), wat de reststraling is van de oerknal, en bereken van daaruit de klontering van materie.
Dus hier is het punt.
CMB-experimenten vonden een hogere S8-waarde dan onderzoeken met zwakke zwaartekrachtlenzen. Kosmologen weten niet waarom, ze noemen deze tegenstrijdigheid de S8-spanning.
In feite is de S8-spanning een broeiende crisis in de kosmologie die weinig verschilt van zijn beroemde neef: Hubble-spanningDat verwijst naar de tegenstrijdigheden waarmee wetenschappers worden geconfronteerd bij het bepalen van de uitdijingssnelheid van het universum.
De reden dat de nieuwe simulatie van het team geen antwoord biedt op het S8-jitterprobleem is een groot probleem, want in tegenstelling tot eerdere simulaties die alleen rekening hielden met de effecten van donkere materie op het zich ontwikkelende universum, houdt het nieuwste werk rekening met de effecten van gewone zaak ook. In tegenstelling tot donkere materie wordt het beheerst door gewone materie zwaartekracht Evenals de druk die door gas in het hele universum wordt gegenereerd. Bijvoorbeeld aangedreven door galactische winden Supernova Uitbarstingen en actief accumuleren Superzware zwarte gaten Het zijn cruciale processen die gewone materie herverdelen door de deeltjes ervan in sterrenstelsels te blazen ruimte.
Maar zelfs het bestuderen van het nieuwe werk van gewone materie en van enkele van de extremere galactische winden is niet voldoende geweest om de zwakke samenklontering van materie die in het huidige universum wordt waargenomen, te verklaren.
“Ik weet het niet meer”, vertelde Shay aan Space.com. “Een opwindende mogelijkheid is dat de spanning wijst op tekortkomingen in het standaardmodel van de kosmologie, of zelfs in het standaardmodel van de natuurkunde.”
afbeelding 1 naar 4
Vreemde natuurkunde of een gebrekkig model?
Dus waar kwam deze S8-spanning vandaan?
“We weten niet wat dit zo spannend maakt”, vertelde Ian McCarthy, een theoretisch astrofysicus aan de Liverpool John Morris University in Groot-Brittannië en co-auteur van drie nieuwe onderzoeken, aan Space.com.
Computersimulaties, zoals die van FLAMINGO, kunnen ons echter een stap dichterbij brengen. Het kan helpen de reden voor de zenuwen van S8 te achterhalen, omdat een hypothetische grote kaart van het universum potentiële fouten in onze huidige metingen kan helpen identificeren. Astronomen sluiten bijvoorbeeld langzamerhand meer alledaagse verklaringen voor het probleem uit, zoals het feit dat het te wijten zou kunnen zijn aan algemene onzekerheid bij waarnemingen van grootschalige structuren of verband houdt met een probleem in de CMB zelf.
Het team verwacht zelfs dat de effecten van natuurlijke materie veel sterker kunnen zijn dan in de huidige simulaties. Dit lijkt echter ook onwaarschijnlijk, omdat de simulaties goed overeenkomen met de waargenomen eigenschappen van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels.
“Al deze mogelijkheden zijn zeer opwindend en hebben belangrijke implicaties voor de fundamentele natuurkunde en kosmologie”, aldus McCarthy. Maar de meest interessante mogelijkheid is dat “het standaardmodel op de een of andere manier onjuist is.”
Donkere materie zou bijvoorbeeld vreemde, op zichzelf inwerkende eigenschappen kunnen hebben waar in het standaardmodel geen rekening mee is gehouden, en de S8-jitter zou kunnen duiden op een ineenstorting van onze zwaartekrachttheorie op grotere schaal, zei McCarthy.
Hoewel de nieuwste simulaties de effecten van natuurlijke materie en subatomaire deeltjes bekend als… Neutrino’s – Beide bleken belangrijk te zijn voor het maken van nauwkeurige voorspellingen over hoe sterrenstelsels door de eeuwen heen zijn geëvolueerd – maar ze hebben het S8-spanningsprobleem niet opgelost.
Hier is het verrassende: bij lage roodverschuivingen is het universum merkbaar minder klonterig dan voorspeld door het Standaardmodel. Maar metingen die de structuren van het universum onderzoeken tussen De CMB- en lage roodverschuivingsmetingen “zijn volledig consistent met standaardmodelvoorspellingen”, zei McCarthy. ‘Het lijkt erop dat het universum zich gedurende een groot deel van de kosmische geschiedenis heeft gedragen zoals verwacht, maar dit veranderde later in de kosmische geschiedenis.’
Misschien ligt de sleutel tot het oplossen van de S8-spanning in het beantwoorden van de vraag wat precies de aanleiding was voor deze verandering.
Dit onderzoek is beschreven in drie Bladeren Gepubliceerd in de Monthly Notices van de Royal Astronomical Society.
“Amateur-organisator. Wannabe-bierevangelist. Algemene webfan. Gecertificeerde internetninja. Fanatieke lezer.”
More Stories
Een aanhoudend heliumlek veroorzaakt extra vertragingen voor het Starliner-ruimtevaartuig van Boeing
Waarom zwemmen haaien dichtbij de kust? Wetenschappers hebben eindelijk het antwoord ontdekt
Orbiter-fotografen nemen een voorproefje van het internationale ruimtestation