13:45 2023-10-02 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Creșterea în melasă: Structura cosmică la scară largă a fost prinsă în creștere mai lent decât se aștepta

_ Cultivarea în melasă: Structura cosmică la scară mare surprinsă în creștere mai lent decât se aștepta

Structura la scară largă a universului – rețeaua cosmică gigantică, ierarhică de structuri legate de gravitație – este alcătuită în mare parte din materie întunecată. Creșterea structurii la scară largă, de la galaxii individuale la grupuri de galaxii, goluri cosmice și filamente (Fig. 1), se învârte în jurul unei competiții: gravitația trage materia împreună, în timp ce energia întunecată împinge spațiul în afară. Istoria distribuției și evoluției materiei și a structurii la scară largă oferă, prin urmare, o cale pentru a studia proprietățile și natura materiei întunecate, gravitației și energiei întunecate.

De fapt, actualele cosmologice observațiile nu sunt de acord cu privire la distribuția materiei în universul actual. Dezacordul este cuantificat folosind o măsură numită S8 care caracterizează „aglomerația” materiei pe o scară caracteristică de aproximativ 8 Megaparsecs (aproximativ 26 de milioane de ani lumină).

Experimente de fundal cu microunde cosmice, care colectează fotoni din universul timpuriu. și, prin urmare, sunt mai sensibili la fizica timpurie, raportează o valoare S8 mai mare decât sondajele cu lentile gravitaționale slabe ale galaxiilor, care măsoară formele și pozițiile galaxiilor într-un univers mai vechi și, prin urmare, sunt mai sensibile la fizica tardivă. Această discrepanță, cunoscută sub numele de tensiune S8, face parte din criza cosmologică mai amplă, inclusiv tensiunea H0, în care parametrii din modelul cosmologic standard, cum ar fi S8 și H0, nu se aliniază între observațiile universului timpurii și cele târzii.

Dacă este de origine fizică, care sunt implicațiile tensiunii S8 asupra creșterii structurii la scară largă? O modalitate bună de a căuta un răspuns clar la această întrebare este separarea curată a istoriei de creștere a structurilor cosmice, adică a universului aglomerat, de istoria expansiunii fundalului cosmic, adică a universului neted.

În cadrul modelul standard, aproape 70% din univers este umplut cu o energie întunecată constantă și această componentă conduce expansiunea fundalului cosmic. Energia întunecată și expansiunea fundalului cosmic, acționând ca melasă, suprimă în mod natural creșterea structurii cosmice. Adică, acţionează ca o frecare împotriva atracţiei şi grupării materiei. Acest fapt este deja luat în considerare în toate analizele cosmologice. Deci, tensiunea S8 indică o suprimare suplimentară, dincolo de așteptările modelului standard.

Într-o analiză publicată recent în Physical Review Letters as an Editor's Suggestion, adoptând strategia de separare creștere-expansiune, am analizat mai multe seturi de date cosmologice care caracterizează creșterea structurilor cosmice la mai multe epoci cosmice. În mod specific, am explorat întrebarea dacă, când și cu cât de mult istoria de creștere a structurii la scară largă se abate de la imaginea modelului standard.

Fig. 2 arată constrângerile noastre privind creșterea structurii la scară largă, din aceleași date, în două scenarii: modelul standard (negru) și un model extins (portocaliu) în care creșterea structurii este lăsată să se decupleze de expansiunea de fundal. Datele atât din universul timpuriu cât și din cel târziu, în mod colectiv, preferă o suprimare a creșterii dincolo de cea prezisă de modelul standard. Dovezile vin la un nivel de semnificație statistică de 4,2 sigma, oferind dovezi substanțiale față de modelul standard.

În mod interesant, suprimarea creșterii în raport cu scenariul modelului standard devine proeminentă relativ târziu. În special, abaterea devine semnificativă statistic numai după apariția energiei întunecate. Adică, structurile cosmice cresc chiar mai încet decât era de așteptat într-un univers plin și dominat de energie întunecată constantă. Acest lucru, de exemplu, ar putea implica o nouă proprietate a energiei întunecate în special, sau o teorie modificată a gravitației în general.

Toate seturile de date și combinațiile acestora, pe care le considerăm că sprijină scenariul unei creșteri suprimate tardive – mai mult decât se aștepta în modelul standard – și acest lucru va afecta mai mult extrapolarea tardivă. Un astfel de scenariu atenuează în mod natural tensiunea S8, așa cum este ilustrat în panoul din stânga din Fig. 3, unde măsurătorile timpurii (roz) și cele târziu (albastru) sunt acum perfect de acord, lăsând în același timp tensiunea H0 neafectată (panoul din dreapta din Fig. 3).

Cum așa? Amintiți-vă că tensiunea S8 este discrepanța dintre măsurătorile aglomerației materiei în universurile timpurii și cele tardive, ambele extrapolate până în prezent presupunând modelul standard. Dacă creșterea structurii la scară largă a fost suprimată doar recent - mai mult decât se aștepta de modelul standard -, aceasta ar afecta măsurătorile și extrapolările exact în felul în care reduce valoarea S8 de la sondele timpurii în timp ce crește valoarea acesteia de la sfârșitul perioadei. - cele de timp.

Este încă devreme pentru a concluziona dacă cosmologii, inclusiv noi, descoperă crăpături în armura modelului standard sau nu au găsit erori sistematice în analizele menționate mai sus.

Pe una. De asemenea, invocând o nouă fizică de ultimă oră care suprimă creșterea structurii - de exemplu, noi proprietăți gravitaționale și energie întunecată sau noi interacțiuni cu materia întunecată - pentru a rezolva tensiunea S8 este cu siguranță o opțiune. Pe de altă parte, este încă posibil ca sondele cosmologice individuale pe care noi și alții le-am examinat să fie afectate de necunoscute necunoscute din procese astrofizice complicate care afectează măsurătorile și/sau analizele în anumite moduri, care în cele din urmă duc la o tensiune.

Studiul structurii cosmice la scară largă deschide, prin urmare, o fereastră incitantă pentru a căuta fizică dincolo de imaginea noastră standard a universului, fie că este vorba despre noi teorii ale gravitației, materiei întunecate și energie întunecată sau noi modele de formare și evoluție a galaxiilor. Criza cosmologică este de fapt fascinantă atât pentru cosmologi, cât și pentru astrofizicieni, mai ales că continuă să vină mai multe date cu precizie ridicată.

În cazul nostru, vom analiza ambele date din experimente noi, independente, dar similare cu cele pe care le-am analizate și date din noi studii care cercetează universul în vremuri noi (și scale).

Această poveste face parte din Science X Dialog, unde cercetătorii pot raporta constatările din articolele lor de cercetare publicate. Vizitați această pagină pentru informații despre ScienceX Dialog și despre cum să participați.

Nhat-Minh Nguyen, de asemenea Minh Nguyen, este în prezent bursier de cercetare postdoctoral Leinweber la Centrul Leinweber pentru fizică teoretică, Universitatea din Michigan. Cercetările sale actuale se concentrează pe înțelegerea și modelarea creșterii structurilor cosmice de-a lungul întregii istorii a universului, pentru a face lumină asupra modelelor cosmologice și a teoriilor gravitaționale.

(Fluierul)

Inapoi