Letupan Supernova Mendedahkan Butiran Tepat Tenaga Gelap dan Jirim Gelap

Tanggapan artis tentang dua bintang kerdil putih bergabung dan mencipta supernova Jenis Ia. Kredit: ESO/L. Calçada

Analisis letupan supernova bernilai lebih daripada dua dekad secara meyakinkan meningkatkan teori kosmologi moden dan menyegarkan semula usaha untuk menjawab soalan asas.

Analisis baharu yang berkuasa telah dilakukan oleh ahli astrofizik yang meletakkan had paling tepat pada komposisi dan evolusi alam semesta. Dengan analisis ini, yang digelar Pantheon+, ahli kosmologi mendapati diri mereka berada di persimpangan jalan.

Pantheon+ secara meyakinkan mendapati bahawa kosmos terdiri daripada kira-kira dua pertiga tenaga gelap dan satu pertiga jirim — kebanyakannya dalam bentuk jirim gelap — dan berkembang pada kadar yang semakin pantas sejak beberapa bilion tahun yang lalu. Walau bagaimanapun, Pantheon+ juga mengukuhkan perselisihan pendapat besar mengenai kadar pengembangan yang masih belum diselesaikan.

Dengan meletakkan teori kosmologi moden yang lazim, yang dikenali sebagai Model Standard Kosmologi, pada asas pembuktian dan statistik yang lebih kukuh, Pantheon+ terus menutup pintu pada rangka kerja alternatif yang mengambil kira tenaga gelap dan jirim gelap. Kedua-duanya adalah asas kepada Model Standard Kosmologi tetapi masih belum dapat dikesan secara langsung. Mereka berada di antara misteri terbesar model itu. Mengikuti keputusan Pantheon+, para penyelidik kini boleh menjalankan ujian pemerhatian yang lebih tepat dan mengasah penjelasan untuk kosmos yang kelihatan.

G299 Jenis Ia Supernova

G299 ditinggalkan oleh kelas supernova tertentu yang dipanggil Jenis Ia. Kredit: NASA/CXC/U.Texas

“Dengan keputusan Pantheon+ ini, kami dapat meletakkan kekangan yang paling tepat pada dinamik dan sejarah alam semesta setakat ini,” kata Dillon Brout, Fellow Einstein di Pusat Astrofizik | Harvard & Smithsonian. “Kami telah menyelidiki data dan kini boleh mengatakan dengan lebih yakin berbanding sebelum ini bagaimana alam semesta telah berkembang sejak berabad-abad lamanya dan bahawa teori terbaik semasa untuk tenaga gelap dan jirim gelap tetap kukuh.”

Brout ialah pengarang utama satu siri kertas kerja yang menerangkan yang baharu Analisis Pantheon+diterbitkan bersama pada 19 Oktober dalam keluaran khas Jurnal Astrofizik.

Pantheon+ adalah berdasarkan set data terbesar seumpamanya, yang terdiri daripada lebih daripada 1,500 letupan bintang yang dipanggil supernova Jenis Ia. Letupan terang ini berlaku apabila[{” attribute=””>white dwarf stars — remnants of stars like our Sun — accumulate too much mass and undergo a runaway thermonuclear reaction. Because Type Ia supernovae outshine entire galaxies, the stellar detonations can be glimpsed at distances exceeding 10 billion light years, or back through about three-quarters of the universe’s total age. Given that the supernovae blaze with nearly uniform intrinsic brightnesses, scientists can use the explosions’ apparent brightness, which diminishes with distance, along with redshift measurements as markers of time and space. That information, in turn, reveals how fast the universe expands during different epochs, which is then used to test theories of the fundamental components of the universe.

Penemuan terobosan pada tahun 1998 tentang pertumbuhan pesat alam semesta adalah hasil kajian supernova Jenis Ia dengan cara ini. Para saintis mengaitkan pengembangan itu kepada tenaga yang tidak kelihatan, oleh itu dipanggil tenaga gelap, yang wujud pada fabrik alam semesta itu sendiri. Kerja berdekad-dekad berikutnya telah terus menyusun set data yang lebih besar, mendedahkan supernova merentasi julat ruang dan masa yang lebih luas, dan Pantheon+ kini telah membawanya bersama-sama ke dalam analisis yang paling kukuh dari segi statistik setakat ini.

“Dalam banyak cara, analisis Pantheon+ terbaharu ini adalah kemuncak usaha gigih lebih daripada dua dekad oleh pemerhati dan ahli teori di seluruh dunia dalam menghuraikan intipati kosmos,” kata Adam Riess, salah seorang pemenang Hadiah Nobel 2011 dalam Fizik untuk penemuan pengembangan alam semesta yang semakin pantas dan Profesor Terhormat Bloomberg di Universiti Johns Hopkins (JHU) dan Institut Sains Teleskop Angkasa di Baltimore, Maryland. Riess juga merupakan alumni Universiti Harvard, memegang PhD dalam astrofizik.

“Dengan gabungan set data Pantheon+ ini, kami mendapat pandangan yang tepat tentang alam semesta dari masa ia dikuasai oleh jirim gelap hingga alam semesta dikuasai oleh tenaga gelap.” — Dillon Brout

Kerjaya Brout sendiri dalam kosmologi menjejaki tahun-tahun sarjana mudanya di JHU, di mana dia diajar dan dinasihati oleh Riess. Di sana Brout bekerja dengan pelajar PhD ketika itu dan penasihat Riess Dan Scolnic, yang kini merupakan penolong profesor fizik di Universiti Duke dan seorang lagi pengarang bersama dalam siri kertas baharu.

Beberapa tahun yang lalu, Scolnic membangunkan analisis Pantheon asal kira-kira 1,000 supernova.

Sekarang, Brout dan Scolnic serta pasukan Pantheon+ baharu mereka telah menambah kira-kira 50 peratus lebih banyak titik data supernova dalam Pantheon+, ditambah pula dengan penambahbaikan dalam teknik analisis dan menangani potensi sumber ralat, yang akhirnya telah menghasilkan dua kali ganda ketepatan Pantheon asal.

“Lompatan ini dalam kedua-dua kualiti set data dan dalam pemahaman kami tentang fizik yang menyokongnya tidak mungkin berlaku tanpa pasukan pelajar dan kolaborator cemerlang yang bekerja dengan gigih untuk menambah baik setiap aspek analisis,” kata Brout.

Mengambil data secara keseluruhan, analisis baharu berpendapat bahawa 66.2 peratus alam semesta menjelma sebagai tenaga gelap, dengan baki 33.8 peratus adalah gabungan jirim dan jirim gelap. Untuk mencapai pemahaman yang lebih komprehensif tentang komponen konstituen alam semesta pada zaman yang berbeza, Brout dan rakan sekerja menggabungkan Pantheon+ dengan ukuran lain yang terbukti kukuh, bebas dan saling melengkapi bagi struktur berskala besar alam semesta dan dengan pengukuran dari cahaya terawal dalam alam semesta, latar belakang gelombang mikro kosmik.

“Dengan hasil Pantheon+ ini, kami dapat meletakkan kekangan yang paling tepat pada dinamik dan sejarah alam semesta setakat ini.” — Dillon Brout

Satu lagi hasil penting Pantheon+ berkaitan dengan salah satu matlamat utama kosmologi moden: menentukan kadar pengembangan semasa alam semesta, yang dikenali sebagai pemalar Hubble. Menggabungkan sampel Pantheon+ dengan data daripada kerjasama SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State), yang diketuai oleh Riess, menghasilkan pengukuran tempatan yang paling ketat bagi kadar pengembangan semasa alam semesta.

Pantheon+ dan SH0ES bersama-sama mencari pemalar Hubble sebanyak 73.4 kilometer sesaat setiap megaparsec dengan hanya 1.3% ketidakpastian. Dinyatakan dengan cara lain, untuk setiap megaparsec, atau 3.26 juta tahun cahaya, analisis menganggarkan bahawa di alam semesta berdekatan, ruang itu sendiri berkembang pada kelajuan lebih daripada 160,000 batu sejam.

Walau bagaimanapun, pemerhatian dari zaman yang sama sekali berbeza dalam sejarah alam semesta meramalkan cerita yang berbeza. Pengukuran cahaya terawal alam semesta, latar belakang gelombang mikro kosmik, apabila digabungkan dengan Model Standard Kosmologi semasa, secara konsisten menambat pemalar Hubble pada kadar yang jauh lebih rendah daripada pemerhatian yang diambil melalui supernova Jenis Ia dan penanda astrofizik lain. Percanggahan yang besar antara kedua-dua metodologi ini telah dipanggil ketegangan Hubble.

Dataset Pantheon+ dan SH0ES baharu meningkatkan ketegangan Hubble ini. Malah, ketegangan kini telah melepasi ambang 5-sigma yang penting (kira-kira satu dalam satu juta kemungkinan timbul disebabkan oleh peluang rawak) yang digunakan oleh ahli fizik untuk membezakan antara kemungkinan statistik yang mungkin dan sesuatu yang mesti difahami dengan sewajarnya. Mencapai tahap statistik baharu ini menyerlahkan cabaran bagi kedua-dua ahli teori dan ahli astrofizik untuk mencuba dan menerangkan percanggahan berterusan Hubble.

“Kami fikir adalah mungkin untuk mencari petunjuk kepada penyelesaian baru untuk masalah ini dalam set data kami, tetapi sebaliknya kami mendapati bahawa data kami menolak banyak pilihan ini dan bahawa percanggahan yang mendalam kekal degil seperti biasa,” kata Brout .

Hasil Pantheon+ boleh membantu menunjukkan di mana penyelesaian kepada ketegangan Hubble terletak. “Banyak teori baru-baru ini telah mula menunjuk kepada fizik baharu yang eksotik di alam semesta yang sangat awal, bagaimanapun, teori yang tidak disahkan itu mesti menahan proses saintifik dan ketegangan Hubble terus menjadi cabaran utama,” kata Brout.

Secara keseluruhannya, Pantheon+ menawarkan para saintis melihat kembali secara menyeluruh melalui banyak sejarah kosmik. Supernova terawal dan paling jauh dalam set data memancar dari jarak 10.7 bilion tahun cahaya, bermakna sejak alam semesta adalah kira-kira satu perempat daripada usia semasa. Pada era terdahulu itu, jirim gelap dan graviti yang berkaitan dengannya mengawal kadar pengembangan alam semesta. Keadaan sedemikian berubah secara mendadak dalam beberapa bilion tahun akan datang apabila pengaruh tenaga gelap mengatasi jirim gelap. Tenaga gelap sejak itu telah melemparkan kandungan kosmos semakin jauh dan pada kadar yang semakin meningkat.

“Dengan gabungan set data Pantheon+ ini, kami mendapat pandangan yang tepat tentang alam semesta dari masa ia dikuasai oleh jirim gelap hingga apabila alam semesta dikuasai oleh tenaga gelap,” kata Brout. “Data data ini adalah peluang unik untuk melihat tenaga gelap dihidupkan dan memacu evolusi kosmos pada skala yang paling hebat sehingga masa kini.”

Mengkaji perubahan ini sekarang dengan bukti statistik yang lebih kukuh diharapkan akan membawa kepada cerapan baharu tentang sifat misteri tenaga gelap.

“Pantheon+ memberi kami peluang terbaik untuk mengekang tenaga gelap, asal-usulnya dan evolusinya,” kata Brout.

Rujukan: “The Pantheon+ Analysis: Cosmological Constraints” oleh Dillon Brout, Dan Scolnic, Brodie Popovic, Adam G. Riess, Anthony Carr, Joe Zuntz, Rick Kessler, Tamara M. Davis, Samuel Hinton, David Jones, W. D’Arcy Kenworthy, Erik R. Peterson, Khaled Said, Georgie Taylor, Noor Ali, Patrick Armstrong, Pranav Charvu, Arianna Dwomoh, Cole Meldorf, Antonella Palmese, Helen Qu, Benjamin M. Rose, Bruno Sanchez, Christopher W. Stubbs, Maria Vincenzi, Charlotte M. Wood, Peter J. Brown, Rebecca Chen, Ken Chambers, David A. Coulter, Mi Dai, Georgios Dimitriadis, Alexei V. Filippenko, Ryan J. Foley, Saurabh W. Jha, Lisa Kelsey, Robert P. Kirshner, Anais Möller, Jessie Muir, Seshadri Nadathur, Yen-Chen Pan, Armin Rest, Cesar Rojas-Bravo, Masao Sako, Matthew R. Siebert, Mat Smith, Benjamin E. Stahl dan Phil Wiseman, 19 Oktober 2022, Jurnal Astrofizik.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac8e04

We want to thank the author of this post for this remarkable material

Letupan Supernova Mendedahkan Butiran Tepat Tenaga Gelap dan Jirim Gelap


You can find our social media profiles as well as other related pageshttps://paw6.info/related-pages/