Energi gelap dapat berkembang seiring waktu, menunjukkan peta 3D alam semesta terbesar

Instrumen Spektroskopi Energi Gelap (DESI), yang melibatkan peneliti UCL, telah merilis analisis yang paling rinci tentang energi gelap, kekuatan misterius yang mendorong ekspansi percepatan alam semesta.

Menggunakan data dari 15 juta galaksi dan quasar (objek yang sangat jauh namun cerah dengan lubang hitam di inti mereka), Desi telah menghasilkan peta 3D Semesta terbesar, memberikan pengukuran paling tepat tentang bagaimana struktur kosmik telah berkembang selama 11 miliar tahun terakhir.

Temuan ini memperkuat petunjuk bahwa energi gelap mungkin tidak konstan dari waktu ke waktu, menantang model standar kosmologi saat ini.

Nasib alam semesta tergantung pada keseimbangan antara materi dan energi gelap. Model paling sederhana menunjukkan bahwa energi gelap konstan dari waktu ke waktu, yang dijelaskan oleh persamaan Einstein dalam model materi gelap dingin Lambda.

Namun, ketika data baru Desi dikombinasikan dengan pengamatan kosmik lainnya – termasuk sisa cahaya dari awal alam semesta (latar belakang microwave kosmik atau CMB), bintang -bintang yang meledak (supernova), dan bagaimana cahaya dari galaksi yang jauh diungkapkan oleh gravitasi (lensa lemah) – para ilmuwan menemukan bukti yang tumbuh bahwa pengaruh energi gelap mungkin berubah dari waktu ke waktu.

Desi adalah percobaan internasional dengan lebih dari 900 peneliti dari lebih dari 70 lembaga di seluruh dunia dan dikelola oleh Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley Departemen Energi AS (Berkeley Lab).

Kolaborasi ini berbagi temuannya hari ini di Repositori Online Arxiv dan dalam presentasi di KTT Fisika Global American Physical Society di Anaheim, California.

Profesor Ofer Lahav (UCL Fisika & Astronomi), seorang kolaborator desi dan anggota komite eksekutifnya, mengatakan: “Menelusuri evolusi konsep energi gelap selama abad yang lalu adalah hal -hal yang menarik. Ketika hal -hal yang meluas. Konstanta yang meluas, ketika itu adalah hal -hal yang dikeluarkan. Ketika itu adalah hal -hal yang dikeluarkan. Ketika hal itu adalah hal -hal yang dikeluarkan. untuk mewakili energi gelap yang konstan yang mendorong ekspansi yang dipercepat alam semesta.

“Sekarang, pengamatan desi, dikombinasikan dengan probe lain, menunjukkan kemungkinan menarik bahwa kepadatan energi gelap mungkin berkembang dengan waktu kosmik. Jika dikonfirmasi, ini akan mewakili pergeseran paradigma dalam pemahaman kita tentang alam semesta.

“Jika energi gelap konstan, alam semesta akan terus berkembang pada tingkat yang semakin cepat. Jika berkembang seiring waktu, nasib alam semesta lebih tidak pasti.”

Dr Paul Shah (Rekanan Penelitian Kehormatan, UCL Fisika & Astronomi), anggota tim supernova Survei Energi Gelap, mengatakan: “Dalam persamaan asli Einstein, energi gelap adalah konstan alam yang tidak berubah seiring waktu atau tempat.

“Pola galaksi yang diamati oleh Desi menunjukkan ini tidak benar, tetapi dengan sendirinya ini tidak cukup bukti yang cukup kuat. Namun, ketika ini dipasangkan dengan pengamatan supernova dari survei energi gelap, di mana UCL juga memainkan peran kunci, kita dapat membangun sejarah bagaimana energi ini tampaknya sedang berkembang.

“Jika benar bahwa energi gelap berkembang seiring waktu, ini akan menjadi salah satu penemuan paling signifikan dalam kosmologi dalam satu generasi, karena itu menyiratkan sesuatu yang belum kita pahami adalah menyebabkan perubahan.”

Profesor Alexie Leavaud-Harnett, co-janggut untuk Desi yang berbasis di UC Santa Cruz, mengatakan: “Apa yang kita lihat sangat menarik. Sangat menyenangkan untuk berpikir bahwa kita mungkin berada di puncak penemuan besar tentang energi gelap dan sifat mendasar dari alam semesta kita.”

Diambil sendiri, data Desi konsisten dengan model standar alam semesta kami: Lambda CDM, di mana CDM adalah materi gelap dingin dan Lambda mewakili kasus paling sederhana dari energi gelap, di mana ia bertindak sebagai konstanta kosmologis Einstein.

Namun, ketika dipasangkan dengan pengukuran lain, ada indikasi pemasangan bahwa dampak energi gelap mungkin melemah dari waktu ke waktu dan model lain mungkin lebih cocok.

Profesor Will Percival, Co-juru bicara Desi yang berbasis di University of Waterloo, mengatakan: “Kami dipandu oleh Occam's Razor [the principle that the simplest explanation is the best]dan penjelasan paling sederhana untuk apa yang kita lihat adalah bergeser.

“Ini terlihat lebih dan lebih seperti kita mungkin perlu memodifikasi model kosmologi standar kita untuk membuat dataset yang berbeda ini masuk akal bersama – dan mengembangkan energi gelap tampaknya menjanjikan.”

Desi adalah salah satu survei paling luas dari kosmos yang pernah dilakukan. Instrumen canggih dibangun dan dioperasikan dengan dana dari Kantor Sains DOE.

Desi berisi 5.000 “mata” serat optik, yang masing-masing dapat mengumpulkan cahaya dari galaksi hanya dalam 20 menit. Profesor Peter Doel dan David Brooks di UCL Physics & Astronomy membantu merancang, mengumpulkan dan membangun korektor optik Desi – enam lensa, 1,1m terbesar di seberang, yang memfokuskan cahaya pada “mata”. Konstruksi korektor optik didukung oleh STFC.

Desi dipasang di teleskop 4-meter Nicholas U. Mayall di US National Foundation di Kitt Peak National Observatory (sebuah program NSF Noirlab) di Arizona. Eksperimen ini sekarang berada di urutan keempat dari lima tahun yang mensurvei langit, dengan rencana untuk mengukur sekitar 50 juta galaksi dan quasar pada saat itu

Analisis baru ini menggunakan data dari tiga tahun pertama pengamatan dan mencakup hampir 15 juta galaksi dan quasar terbaik yang diukur. Ini adalah lompatan besar ke depan, meningkatkan ketepatan percobaan dengan dataset yang lebih dari dua kali lipat apa yang digunakan dalam analisis pertama Desi, yang juga mengisyaratkan energi gelap yang berkembang.

Profesor Seshadri Nadathur, dari University of Portsmouth, mengatakan: “Bukan hanya bahwa data terus menunjukkan preferensi untuk mengembangkan energi gelap, tetapi buktinya lebih kuat sekarang daripada sebelumnya.

“Kami juga telah melakukan banyak tes tambahan dibandingkan dengan tahun pertama, dan mereka membuat kami yakin bahwa hasilnya tidak didorong oleh beberapa efek yang tidak diketahui dalam data yang belum kami pertanggungjawabkan.”

Desi melacak pengaruh energi gelap dengan mempelajari bagaimana materi tersebar di seluruh alam semesta. Peristiwa di alam semesta yang sangat awal meninggalkan pola halus dalam bagaimana materi didistribusikan, fitur yang disebut Baryon Acoustic Oscillations (BAO).

Pola Bao itu bertindak sebagai penguasa standar, dengan ukurannya pada waktu yang berbeda secara langsung dipengaruhi oleh bagaimana alam semesta berkembang. Mengukur penguasa pada jarak yang berbeda menunjukkan kepada para peneliti kekuatan energi gelap sepanjang sejarah. Ketepatan Desi dengan pendekatan ini adalah yang terbaik di dunia.

Dr. Willem Elbers dari Universitas Durham mengatakan: “Selama beberapa dekade, kami telah memiliki model kosmologi standar ini yang sangat mengesankan.

“Karena data kami semakin tepat, kami menemukan celah potensial dalam model dan menyadari bahwa kami mungkin membutuhkan sesuatu yang baru untuk menjelaskan semua hasil bersama.”

Kolaborasi ini akan segera mulai bekerja pada analisis tambahan untuk mengekstrak lebih banyak informasi dari dataset saat ini, dan Desi akan terus mengumpulkan data. Eksperimen lain yang datang online selama beberapa tahun ke depan juga akan memberikan kumpulan data pelengkap untuk analisis di masa depan.

Rilis Data 1 (DR1) Desi sekarang tersedia untuk para peneliti di seluruh dunia, memungkinkan studi lebih lanjut tentang evolusi galaksi, lubang hitam, dan materi gelap.

Desi didukung oleh Kantor Sains DOE dan oleh Pusat Komputasi Ilmiah Penelitian Energi Nasional, sebuah Fasilitas Pengguna Kantor DOE Sains Nasional. Dukungan tambahan untuk Desi disediakan oleh Yayasan Sains Nasional AS; Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi Inggris (STFC); Yayasan Gordon dan Betty Moore; Yayasan Heising-Simons; Energi Alternatif Prancis dan Komisi Energi Atom (CEA); Dewan Nasional Humaniora, Ilmu Pengetahuan, dan Teknologi Meksiko; Kementerian Sains dan Inovasi Spanyol; dan oleh lembaga anggota Desi.