kosmologian vakiomalli. huuhaata

Kosmologia on tienhaarassa, mutta uudet instrumentit ovat tulossa avuksi
Ymmärryksemme maailmankaikkeudesta on syvällinen. Vain sata vuotta sitten tähtitieteilijät kävivät suuren keskustelun kiistelläkseen siitä, oliko galaksimme saariuniversumi vai olivatko Andromedan kaltaiset sumut galakseja paljon suuremmassa kosmoksessa. Nyt tiedämme, että maailmankaikkeus on miljardeja vuosia vanha, laajenee jatkuvasti miljardeihin valovuosiin ja se on täynnä ei vain tähtiä ja galakseja, vaan myös pimeää energiaa ja kylmää pimeää ainetta. Tähtitieteilijät tiivistävät tämän ymmärryksen LCDM -malliksi , joka on kosmologian vakiomalli. Vaikka saamamme havaintotiedot tukevat vahvasti tätä mallia, se ei ole vailla haasteita.

Silmiinpistävin haaste tunnetaan nimellä Hubble-jännite. Kun mittaamme kosmisen laajenemisnopeutta eri tavoilla, voimme laskea niin sanotun Hubble-vakion tai Hubble-parametrin, joka määrittää kosmisen laajenemisnopeuden. Tämä nopeus kertoo meille myös asioita, kuten maailmankaikkeuden iän ja pimeän energian ja aineen keskimääräisen tiheyden. Vaikka erilaiset havainnot ryhmittyvät yleensä noin 68-69 km/s/Mpc, useat menetelmät antavat tuloksia tämän alueen ulkopuolella. On olemassa todisteita, jotka tukevat ajatusta, että nykyinen kosminen laajenemisnopeus on suurempi kuin varhaisen universumin aikana, mikä tunnetaan kosmisena leikkausjännityksenä. Kaikki tämä tarkoittaa, että joko jotkin menetelmistämme ovat jotenkin virheellisiä tai kosmisen laajentumisen perustavanlaatuinen näkökohta, jota emme vielä ymmärrä.

Tähän liittyvät pimeää energiaa ympäröivät mysteerit. Vakiomallissa pimeä energia on tilan ja ajan ominaisuus, ja se on universaalia koko kosmoksessa. Mutta on olemassa vaihtoehtoinen näkemys, jonka mukaan pimeä energia on itsenäinen skalaarikenttä aika-avaruudessa, jota joskus kutsutaan kvintessenssiksi. Havainnot, kuten galaksien klusterimittakaava, tukevat yleensä edellistä mallia, mutta siellä täällä on muutamia tutkimuksia, jotka viittaavat jälkimmäiseen. Meillä ei ole vielä tarpeeksi tietoa sulkeaksemme pois kumpaakaan kokonaan.

Sitten tietysti on pimeän aineen suuri bugbear. Havainnot tukevat vahvasti sen olemassaoloa, ja että pimeä aine muodostaa suurimman osan maailmankaikkeuden aineesta. Mutta hiukkasfysiikan vakiomallissa ei ole mitään, mikä voisi sisältää pimeää ainetta, ja lukemattomat kokeet, joissa yritetään havaita pimeää ainetta suoraan, eivät ole tähän mennessä tuottaneet mitään. Vaihtoehtoiset mallit, kuten muunnettu painovoima, voivat selittää joitain havainnoistamme, mutta malleja on mukautettava vain niin, että ne sopivat dataan, eikä mikään vaihtoehtoinen lähestymistapa ole samaa mieltä kaikkien havaintojen kanssa. Pimeä aine on edelleen keskeisessä asemassa tavallisessa kosmologisessa mallissa, mutta sen todellinen luonne jää varjoon.

Lyhyesti sanottuna olemme kiehtovan lähellä täydellistä ja yhdistävää maailmankaikkeuden mallia, mutta meidän on vielä ratkaistava syviä ja hienovaraisia ​​mysteereitä. Tarvitsemme lisää teoreettisia ideoita, ja tarvitsemme kipeästi lisää havainnointitietoja. Onneksi valmisteilla on jännittäviä projekteja, jotka voivat ratkaista nämä mysteerit lähitulevaisuudessa.

Yksi niistä on Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) -tutkimus, joka on parhaillaan käynnissä. Viisivuotisen projektin aikana DESI tarkkailee yli 35 miljoonan kaukaisen galaksin spektrejä ja antaa meille yksityiskohtaisen 3D-kartan maailmankaikkeudesta. Vertailun vuoksi, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) keräsi tietoja 4 miljoonasta galaksista ja antoi meille tuolloin yksityiskohtaisimman kuvan galaktisista klustereista. DESI:n avulla voimme nähdä pimeän aineen ja pimeän energian välisen vuorovaikutuksen miljardien vuosien ajalta ja toivottavasti määrittää, onko pimeä energia vakio vai muuttuu ajan myötä.

Toinen hyödyllinen työkalu on Vera Rubinin observatorio, jonka pitäisi tulla verkkoon muutaman kuukauden sisällä. Antamalla meille korkearesoluutioisen taivaankartan muutaman päivän välein, Rubin antaa meille mahdollisuuden tutkia ohimeneviä ilmiöitä, kuten kosmisen laajenemisen mittaamiseen käytettyjä supernoveja. Se antaa meille myös rikkaan näkemyksen galaksissamme olevasta aineesta ja voi paljastaa näkökohtia siitä, kuinka aine on vuorovaikutuksessa pimeän aineen kanssa.

Myöhemmin on suunnitteilla projekteja, kuten Wide-field Spectroscopic Telescope (WST), joka laajentaa Rubinin observatorion kykyjä, ja Spec-S5, joka täydentää DESI-tutkimuksia. Molemmat ovat vielä suunnitteluvaiheessa, mutta niistä voi tulla DESI-tutkimuksia. Molemmat ovat vielä suunnitteluvaiheessa, mutta ne voivat ottaa käyttöön kymmenen vuoden sisällä.

1920-luvulla suuri tähtitieteen keskustelu ratkaistiin runsaan tiedon ansiosta. Valokuvallisen tähtitieteen nousu antoi meille mahdollisuuden nähdä maailmankaikkeus mullistavilla uusilla tavoilla ja mahdollistaa modernin kosmologian. Olemme nyt siirtymässä suuren datan tähtitieteen aikakauteen, jossa laajakenttäteleskoopit ja suuret tutkimukset tuo