SuperNova / Hızlanma Probu, SNAP. Kredi: Berkeley Lab Ayrıntı için tıklayınız
Evrenin genişlemesinin hızlanmasına neden olan gizemli karanlık enerji nedir? Einstein’ın meşhur kozmolojik sabitinin bir biçimi mi, yoksa kozmosun dörtte üçünü oluşturabilecek “özsellik” olarak adlandırılan egzotik bir itici güç mü? Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab) ve Dartmouth College'dan bilim adamları, öğrenmenin bir yolu olduğuna inanıyorlar.
Fiziksel İnceleme Mektupları'nda yayımlanacak bir makalede Berkeley Lab'dan fizikçiler Eric Linder ve Dartmouth'dan Robert Caldwell, karanlık enerji fizik modellerinin Einstein'ın kozmolojik sabitini dışlamak ve doğayı açıklamak için kullanılabilecek farklı senaryolara ayrılabileceğini gösteriyor. karanlık enerji. Dahası, bilim adamları NASA ve ABD Enerji Bakanlığı tarafından önerilen Ortak Karanlık Enerji Misyonu (JDEM) için planlanan deneylerle bu senaryolardan hangilerinin doğru olduğunu belirleyebilmelidir.
Linder, “Bilim adamları, karanlık enerjiyi ne olduğunu bilmek için ne kadar kesin olarak ölçmemiz gerektiği sorusunu tartışıyorlar” diyor Linder. “Makalemizde yaptığımız, ölçümler için hassas sınırlar önermek. Neyse ki, bu sınırlar JDEM deneyleri aralığında olmalıdır. ”
Linder ve Caldwell, JDEM için misyonun bilimsel gereksinimlerini hazırlamaktan sorumlu DOE-NASA bilim tanımlama ekibinin üyeleridir. Linder, SNAP teorisi grubunun lideri mi? JDEM görevini gerçekleştirmek için önerilen araçlardan biri olan SuperNova / Hızlanma Probu. Dartmouth'da fizik ve astronomi profesörü olan Caldwell, özlü konseptin yaratıcılarından biridir.
Fiziksel İnceleme Mektupları Linder ve Caldwell'deki makalelerinde, biri “çözülme” ve diğeri “donma” olarak adlandırdıkları ve sürekli genişleyen evrenimiz için belirgin şekilde farklı kaderlere işaret eden iki senaryo tanımlamaktadır. Çözülme senaryosu altında, genişleme hızlanması yavaş yavaş azalacak ve sonunda bir araba gibi, sürücü gaz pedalında rahatladığında duracaktır. Genişleme daha yavaş devam edebilir veya evren yeniden çökebilir. Donma senaryosu altında, gaz pedalı zemine itilmiş bir araba gibi, hızlanma süresiz olarak devam eder. Sonunda galaksimiz kendisini yalnız bulana kadar evren gittikçe yaygınlaşacaktı.
Bu iki senaryodan herhangi biri Einstein’ın kozmolojik sabitini dışlar. Linder ve Caldwell gazetelerinde ilk kez Einstein'ın fikrini diğer olasılıklardan nasıl temiz bir şekilde ayıracaklarını gösteriyor. Bununla birlikte, herhangi bir senaryoda, karanlık enerji hesaba katılması gereken bir güçtür.
Linder, “Karanlık enerji evrenin içeriğinin yaklaşık yüzde 70'ini oluşturduğundan, madde içeriğine hakimdir. Bu, karanlık enerjinin genişlemeyi yöneteceği ve nihayetinde evrenin kaderini belirleyeceği anlamına geliyor. ”
1998'de iki araştırma grubu, evrenin genişlemesinin hızlandığına dair bağımsız açıklamalarıyla kozmoloji alanını salladı. Tip Ia süpernovalarından, karakteristik bir enerjiyle patlayan derin uzay yıldızlarından gelen ışığın kırmızıya kaymasını ölçerek, Berkeley Lab'da bulunan Süpernova Kozmoloji Projesi'nden ve Avustralya merkezli High-Z Supernova Arama Ekibinden ekipler evrenin genişlediğini belirledi aslında hızlanıyor, yavaşlamıyor. Bu hızlandırılmış genişlemenin arkasındaki bilinmeyen güce “karanlık enerji” adı verildi.
Karanlık enerjinin keşfinden önce, konvansiyonel bilimsel bilgelik, Big Bang'in evrenin yerçekimi tarafından yavaş yavaş azalacak bir genişlemesine yol açtığını düşünüyordu. Evrendeki madde içeriği yeterince yerçekimi sağlamış olsaydı, bir gün genişleme tamamen dururdu ve evren bir Büyük Çöküşte kendi başına geri dönerdi. Maddenin yerçekimi genişlemeyi tamamen durdurmak için yetersiz olsaydı, evren sonsuza dek yüzmeye devam ederdi.
Caldwell, “1998'deki duyurulardan ve sonraki ölçümlerden artık evrenin hızlandırılmış genişlemesinin son 10 milyar yılda bir zamana kadar başlamadığını biliyoruz” diyor.
Kozmologlar şimdi tam olarak karanlık enerjinin ne olduğunu belirlemek için uğraşıyorlar. 1917'de Einstein, Genel Görelilik Teorisini kozmolojik bir sabitle değiştirdi; bu değer doğru olsaydı, evrenin mükemmel dengeli, statik bir durumda var olmasına izin verecekti. Tarihin en ünlü fizikçisi daha sonra bu sabitin “en büyük gaf” olarak eklenmesini söylese de, karanlık enerjinin keşfi fikri yeniden canlandırdı.
“Kozmolojik sabit, yer çekiminin evreni kendi içine çekmesini engelleyen bir vakum enerjisi (boş alan enerjisi) idi” diyor Linder. “Kozmolojik sabit ile ilgili bir sorun, sabit, zaman içinde aynı enerji yoğunluğu, basınç ve durum denklemiyle sabit olmasıdır. Bununla birlikte, karanlık enerjinin evrenin ilk aşamalarında ihmal edilebilir olması gerekiyordu; aksi halde galaksiler ve tüm yıldızları asla oluşmazdı. ”
Einstein’ın kozmolojik sabitinin bugün gördüğümüz evrenle sonuçlanması için, enerji ölçeğinin evrendeki diğer her şeyden daha küçük büyüklük düzenleri olması gerekirdi. Bu mümkün olsa da, Linder diyor ki, muhtemel görünmüyor. Hava, toprak, ateş ve suya ek olarak, antik Yunanlıların beşinci elementinden sonra isimlendirilen “özlük” kavramına girin; bunun ayı ve yıldızları yerinde tutan güç olduğuna inanıyorlardı.
“Öz, hızlanan genişlemeyi sürmek için yeterli negatif basınca sahip, dinamik, zaman içinde gelişen ve mekânsal olarak bağımlı bir enerji şeklidir” diyor Caldwell. “Kozmolojik sabit çok özel bir enerji şekliyken? vakum enerjisi? öz, çok çeşitli olasılıkları kapsamaktadır. ”
Quintessence olasılıklarını sınırlamak ve karanlık enerjinin kaynağı olarak adaylığını da doğrulayacak temel testler için sağlam hedefler sağlamak için Linder ve Caldwell, model olarak skaler bir alan kullandılar. Skaler bir alan, bir değer ölçüsüne sahiptir, ancak uzaydaki tüm noktalar için yön içermez. Bu yaklaşımla yazarlar, potansiyel enerjisini minimum değere indirgeyen skaler bir alan olarak özü gösterebildiler. Gerilim altındaki yayları düşünün ve pozitif yerçekimi basıncına karşı koyan negatif bir basınç uygulayın.
Linder, “Özlü bir skaler alan, uzayda her noktayı kaplayan bir yay alanı gibidir ve her bir yay farklı bir uzunluğa uzanır” dedi. “Einstein’ın kozmolojik sabiti için her bahar aynı uzunlukta ve hareketsiz olurdu.”
Çözdürme senaryoları altında, genişleyen bir evrenin azalan malzeme yoğunluğu yavaş yavaş serbest kalana kadar özlü alanın potansiyel enerjisi “dondurulmuştur”. Dondurucu senaryoda, özdevinti alanı, evren enflasyona maruz kaldığı için asgari potansiyeline doğru ilerlemektedir, ancak evrene egemen olmak için yavaş yavaş sabit bir değer haline gelmektedir.
SNAP önerisi Berkeley Lab'deki fizikçiler, gökbilimciler ve mühendisler tarafından, Berkeley'deki California Üniversitesi'nden meslektaşları ve diğer birçok kurumla işbirliği içinde; her yıl binlerce Tip Ia süpernova bulmak ve ölçmek için kullanılacak derin uzay yörüngesinde üç ayna, 2 metrelik yansıtıcı bir teleskop gerektirir. Bu ölçümler, çözdürme veya dondurma senaryosuna açıkça işaret etmek için yeterli bilgi sağlamalıdır. ya da tamamen yeni ve bilinmeyen başka bir şeye.
Linder, “SNAP ile yapılabilecek ölçümlerin sonuçları çözülme veya donma senaryolarının dışındaysa, Einstein'ın Genel Teorisinin modifikasyonu gibi daha da fazla egzotik fiziğe bakmak zorunda kalabiliriz. karanlık enerjiyi açıklamak için görelilik
Orijinal Kaynak: Berkeley Lab Haber Bülteni
