Friday , October 18 2019
Home / australia / Dark energy can not be constant, which would lead to a revolution in physics

Dark energy can not be constant, which would lead to a revolution in physics




<div _ngcontent-c14 = "" innerhtml = "

The farthest X-ray jet in the universe, from the GB 1428 quasar, helps illustrate how bright these fantastic objects are. If we can understand how to use the quasars to measure the expansion of the universe, we can understand the nature of dark energy like never before.X-rays: NASA / CXC / NRC / C.Cheung et al; Optical: NASA / STScI; Radio: NSF / NRAO / VLA

For the past generation, we have recognized that our Universe is a particularly dark place. Of course, it is filled with stars, galaxies and a multitude of phenomena that emerge from light everywhere we look. But every one of the known processes that generate light is based on the particles of the Standard Model: the normal matter in our Universe. All normal substances have & nbsp; – protons, neutrons, neutrinos, etc. & nbsp; – represents only 5% of what is there.

The other 95% are a dark mystery, but that can not be any of the particles we know. According to our best measurements, 27% of the Universe is made up of some kind of dark matter, which is not interacting with light or normal matter in any known way. And the remaining 68% are dark energy, which seems to be a form of energy inherent in the space itself. A new set of observations is a challenge to what we are currently thinking about dark energy. If you stick, everything we know will change.

Without dark energy, the universe will not accelerate. But to explain distant supernovae, among other things, it seems that dark energy is necessary (or something that exactly imitates).NASA & amp; ESA, of the possible models of Enlargement Universe

The best technique we have to understand what has been done by the Universe is not to get out and count everything that is there. If that was the only way to do it, we would literally miss 95% of the Universe, because it is not directly measurable. Instead, what we can do is to use a return to general relativity: the fact that all different forms of matter and energy affect the very structure of the space itself, and how it changes over time.

In particular, by measuring what is now the rate of expansion, as well as the way of expansion during our cosmic history, we can use these familiar relationships in order to reconstruct what the universe must be. From the complete set of available data, including supernova information, the great structure of the Universe and cosmic radiation on the microwave background, we managed to construct the image of excellence: 5% normal matter, 27% dark matter, and 68% dark energy.

Dark energy restrictions from three independent sources: supernova, cosmic microwave background (CMB), and baryonic acoustic oscillations (BAO) found in large Universe structures. Keep in mind that even without supernovae, we will need dark energy. Several updated versions of this graph are available, but the results are largely unchanged.Project for Cosmology of Supernova, Amanula, et al., Ap.J. (2010)

According to our best knowledge, the dark matter behaves just like the normal matter from a gravitational point of view. The total mass of the dark matter is fixed, so that the universe expands and increases volume, the density of dark matter falls, just as it does for normal matter.

However, dark energy is considered to be different. Instead of being a type of particle, it seems to behave as if it were a kind of energy that is essential to the space itself. As space expands, the density of dark energy remains constant, rather than decreasing or increasing. As a result, after the Universe has expanded long enough, dark energy dominates the energy budget of the Universe. Over time, it becomes gradually dominant over other components, leading to the rapid expansion that we see today.

While matter (normal and dark) and radiation become less dense, while the universe expands due to the increased volume, dark energy is a form of energy inherent in the space itself. As a new space is created in the spreading universe, the dark energy density remains constant.E. Siegel / Beyond the Galaxy

Traditionally, the techniques for measuring the expansion of the Universe relied on one of two marked indicators.

  1. Standard candles: where the internal behavior of a light source is known, and we can measure the observed light, and thus we can conclude its distance. By measuring the distance and the red shift for many sources, we can reconstruct the way of expanding the universe.
  2. Standard rulers: where a large volume of an object or phenomenon is known, and the apparent angular size of that very object or phenomenon can be measured. By converting from an angular size to a physical size and measuring the red shift, we can also reconstruct how the universe is expanded.

The difficulty with any of these techniques – something that keeps astronomers overnight – is the fear that our assumptions about internal behavior may be in error, forcing our conclusions.

Two of the most successful methods for measuring large cosmic distances are based on their apparent brightness (L) or their apparent angular size (R), both of which are directly visible. If we can understand the essential physical properties of these objects, we can use them as standard candles (L) or standard rulers (R) to determine how the universe has expanded and, therefore, what is done by its cosmic history.NASA / JPL-Caltech

So far, our best standard candles have given us far from the history of the universe: to lighten the broadcast when the universe was about 4 billion years old. Considering that today we are almost 14 billion years old, we managed to measure them far, with IA supernovae that provide the most reliable and robust distance indicator for measuring dark energy.

However, recently, a team of scientists began using quasars that emit X-rays, which are much brighter and, hence, visible in earlier times: when the universe was only a billion years old. In interesting new document, scientists Guido Rizaliti and Elizabeth Luso use quasars as a standard candle that goes beyond the one we had in measuring the nature of dark energy. What they found is still tentative, but amazing however.

A new data study on Chandra, HMM-Newton, and Sloane for the Digital Sky (SDSS) suggests that dark energy may have varied over cosmic time. The illustration of this artist helps to explain how astronomers monitor the effects of the dark energy of about one billion years after the Big Bang, by determining the distances to nearly 1,600 quasars, the fast-growing black holes that shine very clearly. Two of the farthest quasars studied are depicted in Chandra's pictures in the inserts.Illustration: NASA / CXC / M.Weiss; X-rays: NASA / CXC / Univ. of Florence / G.Risaliti & amp; E.Lusso

Using data from around 1,600 quasars and a new method for determining the distances to them, they found a strong agreement with the results of a supernova for quasars of the last 10 billion years: the dark energy is real, about two-thirds of the energy in the universe, and it seems to be cosmological constant in nature.

But they also discovered more distant quasars, which showed something unexpected: at long distances, there is deviation from this "constant" behavior. Risaliit has written a blog post here, detailing the implications of his work, including this diamond:

Our last Hubble diagram gave us quite unexpected results: while our measurement of the expansion of the Universe was consistent with supernovae in the range of the range (from 4.3 billion years to the present), the inclusion of more distant quasars shows a strong deviation from the expectations of the standard cosmological model! If we explain this deviation through a dark energy component, we will discover that its density must increase over time.

The relationship between the distance module (y-axis, distance measure) and red displacement (x-axis), along with the quasar data, in yellow and blue, with supernova data in cyan. The red dots are averages of the yellow quartz points that are cut together. While supernova and quasar data agree with each other, where both are present (up to a red shift of 1.5 or so), the quasar data goes much further, indicating a deviation from the solid (solid line) interpretation.Mr. Risaltit and E. Luco, arXiv: 1811.02590

This is a notoriously difficult measure that you need to do, think, and the first thing you might think is that the quasars we have measured can be unreliable as a standard candle.

If it was your thought: congratulations! This is something that happened once before, when people tried to use gamma rays as an indicator of distance and to overcome what supernova can teach us. As we learned more about these bursts, we found that they are essentially non-standard, as well as revealing their own prejudices in which types of burglaries could be detected. One & nbsp; or both of these two types of bias are likely to play here, at the very least, and it will be generally considered the most likely explanation for this result.

While discovering why it will be an educational venture and a challenge, this evidence is unlikely to convince many that dark energy is not constant.

The expected destiny of the Universe is one of the eternal, accelerating expansion, corresponding to w, the amount of the y-axis, which is equal to -1. If w is more negative than -1, as some of the data are favored, our fate instead will be Big Rip.C. Hikage et al., ArXiv: 1809.09148

But what if this new study is correct? What if dark energy is not permanent? What if, as other observations have suggested over the past two decades, it actually changes over time?

The graph above shows the results of several different data collections, but what I want to pay attention to is the value of & nbsp;w, displayed on the y-axis. What we call & nbsp;w is the equation of a dark energy state, where & nbsp;w & nbsp;= -1 is the value that would have been given for the dark energy to be a cosmological constant: an unalterable form of energy inherent in the space itself. If & nbsp;w is different from -1, however, this can change everything.

In different ways, dark energy can develop in the future. The residual constant or increase in strength (in Big Rip) could potentially renew the Universe, while the return sign could lead to a major crisis.NASA / CXC / M.Weiss

Our standard fate, where & nbsp;w = -1 will cause the Universe to expand forever, with structures that are not bound today separated from the effects of dark energy. But if & nbsp;w or changes with time or is unequal to -1, all of this changes.

  • If & nbsp;w is less negative than -1 (for example, -0.9 or -0.75), dark energy will weaken over time, and eventually becomes unimportant. If & nbsp;w& nbsp; growing over time, and always becoming positive, can cause the Universe to recur in the Great Crisis.
  • However, if this new result is true, & nbsp;w is more negative than -1 (for example, -1.2 or -1.5 or worse), then dark energy will only increase with time, causing the space to expand with constant acceleration. The related structures, such as galaxies, solar systems, planets, and even atoms, will be separated after time passes. The universe will end in a disaster known as Big Rip.

A big rip scenario will happen if we find that dark energy is increasing in strength while remaining negative in the direction, over time.Jeremy Theford / Vanderbilt University

The quest to understand the ultimate destiny of the universe is one that has been fascinated by humanity since the beginning of time. With the advent of general relativity and modern astrophysics, it suddenly became possible to answer that question from a scientific point of view. Will the universe expand forever? Recolops? Oscillation? Or to be separated by the very physics that is subject to our reality?

The answer can be determined by looking at objects found throughout the universe. The key to unlocking our ultimate cosmic destiny, however, depends on us to understand what we are seeing and to ensure that our answers are not biased from the assumptions we make for the objects we measure and follow. Dark energy may not be constant, and only by looking at the Universe itself, will we know for sure.

">

The farthest X-ray jet in the universe, from the GB 1428 quasar, helps illustrate how bright these fantastic objects are. If we can understand how to use the quasars to measure the expansion of the universe, we can understand the nature of dark energy like never before.X-rays: NASA / CXC / NRC / C.Cheung et al; Optical: NASA / STScI; Radio: NSF / NRAO / VLA

For the past generation, we have recognized that our Universe is a particularly dark place. Of course, it is filled with stars, galaxies and a multitude of phenomena that emerge from light everywhere we look. But every one of the known processes that generate light is based on the particles of the Standard Model: the normal matter in our Universe. All normal substances exist – protons, neutrons, neutrinos, etc. – represents only 5% of what is there.

The other 95% are a dark mystery, but that can not be any of the particles we know. According to our best measurements, 27% of the Universe is made up of some kind of dark matter, which is not interacting with light or normal matter in any known way. And the remaining 68% are dark energy, which seems to be a form of energy inherent in the space itself. The new set of observations is a challenge to what we are currently thinking about dark energy. If you stick, everything we know will change.

Without dark energy, the universe will not accelerate. But to explain distant supernovae, among other things, it seems that dark energy is necessary (or something that exactly imitates).NASA and ESA, on possible models of the expansion of the Universe

The best technique we have to understand what has been done by the Universe is not to get out and count everything that is there. If that was the only way to do it, we would literally miss 95% of the Universe, because it is not directly measurable. Instead, what we can do is to use a return to general relativity: the fact that all different forms of matter and energy affect the very structure of the space itself, and how it changes over time.

In particular, by measuring what is now the rate of expansion, as well as the way of expansion during our cosmic history, we can use these familiar relationships in order to reconstruct what the universe must be. From the complete set of available data, including supernova information, the great structure of the Universe and cosmic radiation on the microwave background, we managed to construct the image of excellence: 5% normal matter, 27% dark matter, and 68% dark energy.

Dark energy restrictions from three independent sources: supernova, cosmic microwave background (CMB), and baryonic acoustic oscillations (BAO) found in large Universe structures. Keep in mind that even without supernovae, we will need dark energy. Several updated versions of this graph are available, but the results are largely unchanged.Project for Cosmology of Supernova, Amanula, et al., Ap.J. (2010)

According to our best knowledge, the dark matter behaves just like the normal matter from a gravitational point of view. The total mass of the dark matter is fixed, so that the universe expands and increases volume, the density of dark matter falls, just as it does for normal matter.

However, dark energy is considered to be different. Instead of being a type of particle, it seems to behave as if it were a kind of energy that is essential to the space itself. As space expands, the density of dark energy remains constant, rather than decreasing or increasing. As a result, after the Universe has expanded long enough, dark energy dominates the energy budget of the Universe. Over time, it becomes gradually dominant over other components, leading to the rapid expansion that we see today.

Додека материјата (нормално и темно) и зрачењето стануваат помалку густи, додека универзумот се проширува поради зголемениот волумен, темната енергија е форма на енергија својствена на самиот простор. Како што се создава нов простор во вселената што се шири, темната енергетска густина останува константна.Е. Сигел / Надвор од Галакси

Традиционално, техниките за мерење на експанзијата на Универзумот се потпираа на еден од двата обележани показатели.

  1. Стандардни свеќи: каде што се знае внатрешното однесување на извор на светлина, а ние можеме да ја измериме набљудуваната светлина, а со тоа и да ја заклучиме нејзината далечина. Со мерење на растојанието и црвеното поместување за голем број извори, можеме да го реконструираме начинот на проширување на универзумот.
  2. Стандардни владетели: каде што е познат обемна големина на објект или феномен, и може да се измери привидната аголна големина на тој самиот објект или феномен. Со конвертирање од аголна големина до физичка големина и мерење на црвеното поместување, можеме исто така да реконструираме како се прошири Универзумот.

Тешкотијата со било која од овие техники – такво нешто што ги одржува астрономите до ноќ – е стравот дека нашите претпоставки за внатрешно однесување може да бидат во грешка, принудувајќи ги нашите заклучоци.

Два од најуспешните методи за мерење на големи космички растојанија се базираат на нивната очигледна осветленост (L) или нивната очигледна аголна големина (R), и двете од нив се директно видливи. Ако можеме да ги разбереме суштинските физички особини на овие објекти, можеме да ги користиме како стандардни свеќи (L) или стандардни владетели (R) за да утврдиме како се проширил Вселената и, според тоа, она што е направено од неговата космичка историја.НАСА / JPL-Caltech

Досега, нашите најдобри стандардни свеќи нè дале многу далеку од историјата на Универзумот: да го осветлиме емитувањето кога Универзумот беше стар околу 4 милијарди години. Со оглед на тоа што сме денес скоро 14 милијарди години, успеавме да ги измериме многу далеку, со супернови од тип Ia кои обезбедуваат најсигурен и робустен индикатор за растојание за мерење на темната енергија.

Меѓутоа, неодамна, тим научници почнаа да користат квазари што испуштаат Х-зраци, кои се многу посветли и, оттука, видливи уште во претходните времиња: кога универзумот беше стар една милијарда години. Во еден интересен нов документ, научниците Гвидо Ризалити и Елизабета Лусо ги користат квазарите како стандардна свеќа за да одат подалеку назад од кога и да сме во мерењето на природата на темната енергија. Она што го нашле се уште е пробен, но зачудувачки сепак.

Една нова студија со податоци за Чандра, ХММ-Њутн и Слоан за дигитално небо (SDSS) сугерира дека темната енергија можеби варирала над космичкото време. Илустрацијата на овој уметник помага да се објасни како астрономите ги следат ефектите од темната енергија на околу една милијарда години по Големиот експлозија, со тоа што ги определуваат растојанијата до речиси 1.600 квазари, брзо растечките црни дупки кои блескаат многу јасно. Два од најдалечните квазари кои се изучуваат се прикажани во сликите на Чандра во инсертите.Илустрација: НАСА / CXC / M.Weiss; Х-зраци: НАСА / CXC / Univ. на Фиренца / G.Risaliti и E.Lusso

Користејќи податоци од околу 1.600 квазари и нов метод за одредување на растојанијата до нив, наидоа на силен договор со резултатите од супернова за квазари од последните 10 милијарди години: темната енергија е реална, околу две третини од енергијата во универзумот , и се чини дека е космолошка константа во природата.

Но, исто така, пронајдоа пооддалечени квазари, кои покажаа нешто неочекувано: на најголеми растојанија има отстапување од ова "константно" однесување. Ризалити напиша блог пост овде, во детали за импликациите на неговата работа, вклучувајќи го и овој дијамант:

Нашата последна Хабл-дијаграм ни даде сосема неочекувани резултати: додека нашето мерење на проширувањето на Универзумот беше во согласност со супернови во опсегот на опсег (од 4,3 милијарди години до денес), вклучувањето на пооддалечените квазари покажува силно отстапување од очекувањата на стандардниот космолошки модел! Ако ја објасниме оваа девијација преку темна енергетска компонента, ќе откриеме дека неговата густина мора да се зголеми со текот на времето.

Односот помеѓу модул на далечина (y-оска, мера на растојание) и црвено поместување (x-оска), заедно со податоците на квазарот, во жолто и сино, со податоци за супернова во цијан. Црвените точки се просеци на жолтите квазарни точки кои се засечени заедно. Додека податоците за супернова и квазар се согласуваат еден со друг, каде што и двете се присутни (до црвено поместување од 1,5 или така), податоците на квазарот одат многу подалеку, што укажува на отстапување од постојаната (солидна линија) толкување.Mr. Рисалити и Е. Лусо, arXiv: 1811.02590

Ова е озлогласно тешка мерка што треба да ја направите, да размислите, и првото нешто што би можеле да мислите е дека квазарите што сме ги измериле може да бидат несигурни како стандардна свеќа.

Ако тоа беше вашата мисла: честитки! Ова е нешто што се случило еднаш порано, кога луѓето се обидувале да ги искористат гама зраците како индикатор на далечина и да го надминат она што супернова може да нè научи. Додека дознавме повеќе за овие рафали, откривме дека тие се суштински нестандардни, како и откривање на сопствените предрасуди во кои видови на рафали би можеле да ги детектираме. Едно или обете од овие два вида на пристрасност, најверојатно, ќе се играат тука, во најмала рака, и тоа ќе биде генерално се смета за најверојатното објаснување за овој резултат.

Иако откривањето зошто ќе биде образовен потфат и предизвик, овој доказ веројатно нема да ги убеди многумина дека темната енергија не е константна.

Очекуваната судбина на Универзумот е една од вечните, забрзувачки експанзија, што одговара на w, количината на y-оската, што е еднаква на -1. Ако w е повеќе негативен од -1, како што некои од податоците се фаворизираат, нашата судбина наместо тоа ќе биде Биг Рип.C. Hikage et al., ArXiv: 1809.09148

Но, што ако оваа нова студија е точна? Што ако темната енергија не е постојана? Што ако, како што другите набљудувања навестија во текот на изминатите две децении, тоа всушност се менува со текот на времето?

Горенаведениот графикон покажува резултати од неколку различни збирки на податоци, но она што сакам да обрнете внимание е вредноста на w, прикажан на y-оската. Она што ние го нарекуваме w е равенка на држава за темна енергија, каде w = -1 е вредноста што би ја добиле за темната енергија да биде космолошка константа: непроменлива форма на енергија својствена на самиот простор. If w е различен од -1, сепак, ова може да промени сè.

На различни начини темната енергија може да се развива во иднина. Преостанатата константа или зголемувањето на силата (во Биг Рип) би можела потенцијално да ја обнови Универзумот, додека пак знакот за враќање би можел да доведе до голема криза.НАСА / CXC / M.Weiss

Нашата стандардна судбина, каде w = -1, ќе предизвика Универзумот да се прошири засекогаш, со структури кои денес не се врзани одвоени од ефектите на темната енергија. Но ако w или се менува со времето или е нееднакво до -1, сето ова се менува.

  • If w е помалку негативен од -1 (на пример, -0,9 или -0,75), темната енергија ќе ослабне со текот на времето, и на крајот ќе стане неважна. If w расте со текот на времето, и секогаш станува позитивен, може да предизвика Универзумот да се повтори во Голема криза.
  • Сепак, ако овој нов резултат е вистина, и w е повеќе негативна од -1 (на пример, -1,2 или -1,5 или уште полошо), тогаш темната енергија ќе се засили само со времето, предизвикувајќи просторот да се прошири со постојано забрзување. Поврзаните структури, како што се галаксиите, сончевите системи, планетите, па дури и атомите, ќе бидат раздвоени откако ќе помине доволно време. Универзумот ќе заврши во катастрофа позната како Биг Рип.

Големото рип сценарио ќе се случи ако најдеме дека темната енергија се зголемува во сила, додека останува негативна во правец, со текот на времето.Џереми Тефорд / универзитет Вандербилт

Потрагата да се разбере крајната судбина на Универзумот е онаа што е фасцинирана од човештвото уште од почетокот на времето. Со доаѓањето на генералната релативност и модерната астрофизика, одеднаш стана можно да се одговори на тоа прашање од научна гледна точка. Дали Универзумот ќе се прошири засекогаш? Реколопс? Осцилатот? Или да биде раздвоена од страна на самата физика што е подложна на нашата реалност?

Одговорот може да се одреди со гледање на предметите пронајдени низ целиот универзум. Клучот за отклучување на нашата крајна космичка судбина, сепак, зависи од нас да разбереме што гледаме и да осигураме дека нашите одговори не се пристрасни од претпоставките што ги правиме за објектите што ги мериме и ги следиме. Темната енергија можеби не е константна, и само со тоа што ќе гледаме кон самата Вселена, дали ќе знаеме со сигурност.


Source link