Uusi malli olettaa avaruuden viskositeetin, mikä selittää DESI:n havaitsemat eroavaisuudet kosmoksen laajenemista koskevissa tiedoissa. Tämä ajatus voi mullistaa käsityksemme pimeästä energiasta.
Sisältö
Astronomit ovat tienneet jo vuosia, että maailmankaikkeus laajenee . Viimeisimmät havainnot osoittavat kuitenkin, että tämä laajeneminen ei täysin vastaa perinteisten mallien ennustamaa vauhtia . Syy? Uuden tutkimuksen mukaan tämä voi johtua siitä, että avaruus ei ole täysin ”sileä ”. Sen sijaan, että se olisi täydellinen tyhjiö, se käyttäytyy kuin ympäristö, jossa on jonkin verran vastustusta muutoksille, ikään kuin neste, jossa on sisäistä kitkaa .
Uusi tutkimus, jota johti Muhammad Gulam Huwaiji Khan, tutkija Intian teknillisestä instituutista, esittää epätavallisen ajatuksen: avaruudella on ominaisuus, jota kutsutaan tilaviskositeetiksi. Tämä olettamus, joka on kaukana pelkästä teoreettisesta utopiasta, on täysin yhdenmukainen viimeisimpien tietojen kanssa, jotka on saatu spektroskooppisella laitteella, DESI:llä, joka mittaa galaksien etäisyyksiä toisistaan. Jos tämä hypoteesi vahvistuu, se merkitsee perusteellista muutosta käsityksessämme pimeästä energiasta ja itse kosmoksen rakenteesta .
Mitä tilan viskositeetti tarkalleen ottaen on?
Viskositeetti on mitta muutosten vastustuksesta. Vesi esimerkiksi virtaa helposti, kun taas hunaja ei virtaa yhtä helposti. Kosmoksen osalta ajatus on, että tyhjiö itsessään voi vastustaa huomaamattomasti omaa laajenemistaan . Sen sijaan, että avaruus laajenisi vapaasti kuin esteetön kaasu, se osoittaisi eräänlaista sisäistä ”vastustusta”, pientä jarruttavaa vaikutusta, joka johtuu sen omasta rakenteesta.
Tämän ilmiön mallintamiseksi tutkimuksen tekijä esittää avaruuden joustavana branana – kolmiulotteisena pinnana, joka on jännittynyt ja kykenee värähtelemään. Tämän branan sisällä esiintyy ”avaruusfononeja” — tiettyjä puristusaaltoja, jotka ovat samanlaisia kuin kiinteissä aineissa muodostuvat aallot. Nämä aallot eivät ole hiukkasia, vaan avaruuden itsensä kollektiivisia värähtelyjä, ja niiden käyttäytyminen tuottaa ylimääräistä — viskoosista — painetta, joka vaikuttaa suoraan maailmankaikkeuden laajenemiseen.
DESI:n rooli ja pimeä energia, joka ei sovi kehykseen.
Ehdotetun mallin päämotivaatio liittyy eroon, joka havaittiin DESI-projektin aikana, joka on yksi kunnianhimoisimmista tutkimuksista kosmoksen laajenemisesta. Tämä instrumentti paljasti pienen eron standardin LCDM-mallin ennusteiden ja taivaalla mitattujen arvojen välillä.
LCDM-malli olettaa, että pimeä energia on vakio, voima, joka kiihdyttää tasaisesti maailmankaikkeuden laajenemista. DESI:n nykyiset tiedot viittaavat kuitenkin siihen, että laajeneminen näyttää muuttuvan hieman ajan myötä, ikään kuin olisi olemassa siirtymävaihe, jossa pimeän energian negatiivinen paine olisi jopa voimakkaampi kuin kosmologisen vakion paine.
Tällainen käyttäytyminen vastaa tarkalleen viskositeettimallin tuottamaa tulosta: laajeneminen, joka käyttäytyy väliaikaisesti ”aavemaisesti” ja jonka painearvo on negatiivisempi kuin -1 , ennen kuin se hidastuu ja palaa maltillisempaan arvoon (noin -2/3) sekä menneisyydessä että kaukaisessa tulevaisuudessa.
Malli, jossa on vain vähän parametreja ja joka vastaa erinomaisesti dataa.
Yksi mallin eduista on sen matemaattinen yksinkertaisuus . Se käyttää vain kolmea perusparametria: entropiaa (ε), kimmokerrointa (κ) ja siirtymäskaalaa H⋆, joka osoittaa, milloin viskositeetti on tärkeintä. Arvoilla ε ≃ 0,335, κ ≃ 0,3349 ja H⋆/H₀ ≃ 2,1 malli ennustaa äänen nopeuden avaruusfononeille, joka on hyvin lähellä suhteellisuusteorian rajaa ja lähes täsmälleen DESI-tietojen mukainen tärkeimmällä punasiirtymän alueella (z 0–1,5).
”Malli toistaa ohimenevän viskositeettivaiheen, kun universumin laajenemisnopeus on verrattavissa fononien massojen mittakaavaan”, kirjoittaja toteaa. Toisin sanoen, vaikutus on väliaikainen: viskositeetti on merkityksellinen vain tietyssä kosmisen historian jaksossa, jolloin universumi oli noin puolet nykyisestä.
Perusominaisuus vai ohikiitävä illuusio?
Vaikka malli sopii erinomaisesti havaintoihin, tekijät itse myöntävät, että avaruuden viskositeettia ei ole vielä todistettu perusominaisuudeksi . Kyseessä voi olla illuusio, joka johtuu tietojen tulkintatavasta, tai systemaattiset vaikutukset, joita ei ole vielä tutkittu loppuun asti.
Tässä yhteydessä Paul Sutterin artikkeli Live Science -lehdessä korostaa, että ajatus viskoosisesta pimeästä energiasta edustaa syvällistä muutosta käsityksessämme tyhjyydestä . Jos tämä vahvistuu, se ei ole vain LCDM-mallin korjaus, vaan pikemminkin sen perustan uudelleenkirjoittaminen .
Avaruuden luonne lakkaa olemasta passiivinen ympäristö ja muuttuu dynaamiseksi ympäristökseen, jolla on omat fysikaaliset ominaisuutensa .
Seuraavat vaiheet: Euclid, DESI ja vahvistuksen etsiminen.
Tämän mallin luotettavuus riippuu tulevien vuosien havaintojen tuloksista. Euclid-avaruusteleskoopin ja DESI-projektin tulevien vaiheiden kaltaiset hankkeet auttavat vahvistamaan tai kumoamaan, onko tämä väliaikainen poikkeama pimeän energian arvosta -1 todellinen vai ei.
Erityisesti jos tulevat havainnot vahvistavat ajatuksen, että maailmankaikkeus on käynyt läpi vaiheen, jossa paine oli vielä odotettua negatiivisempi , viskoosisen fononin malli vahvistuu. Sama tapahtuu, jos havaitaan muita avaruuden viskoosisuuteen liittyviä vaikutuksia , kuten pieniä muutoksia maailmankaikkeuden suurten rakenteiden kehityksessä.
Tällä hetkellä ehdotettu malli on edelleen elegantti ja lupaava, sillä se selittää todellisen poikkeaman uskottavalla fysikaalisella mekanismilla . Mutta kuten kaikessa tieteessä, aika ja data puhuvat viimeisen sanan.
