MOSCA, 26 gennaio - RIA Novosti. Un gruppo indipendente di scienziati ha confermato che l'Universo si sta effettivamente espandendo ancora più velocemente di quanto abbiano mostrato i calcoli basati sulle osservazioni dell'"eco" del Big Bang, secondo una serie di cinque articoli accettati per la pubblicazione sulla rivista Monthly Notice of the Royal Società Astronomica.
“Le discrepanze nell’attuale tasso di espansione dell’Universo e ciò che mostrano le osservazioni del Big Bang non solo sono state confermate, ma anche rafforzate da nuovi dati su come le galassie distanti piegano la luce. Queste discrepanze potrebbero essere generate dalla “nuova fisica” oltre Modello standard della cosmologia, in particolare qualche altra forma di energia oscura”, ha affermato Frederic Coubrin dell’École Polytechnique Federale di Losanna (Svizzera).
Nascite oscure dell'Universo
Già nel 1929, il famoso astronomo Edwin Hubble dimostrò che il nostro Universo non si ferma, ma si sta gradualmente espandendo, osservando il movimento delle galassie lontane da noi. Alla fine del XX secolo gli astrofisici scoprirono, osservando le supernove del primo tipo, che esse si espandono non a velocità costante, ma con accelerazione. La ragione di ciò, come credono gli scienziati oggi, è l'energia oscura, una sostanza misteriosa che agisce sulla materia come una sorta di "antigravità".
Lo scorso giugno, il premio Nobel Adam Reiss e i suoi colleghi, che scoprirono il fenomeno, calcolarono l’esatto tasso di espansione dell’Universo oggi utilizzando le stelle variabili Cefeidi nelle galassie vicine, la cui distanza può essere calcolata con altissima precisione.
Questo chiarimento ha dato un risultato estremamente inaspettato: si è scoperto che due galassie, separate da una distanza di circa 3 milioni di anni luce, volano via ad una velocità di circa 73 chilometri al secondo. Questa cifra è notevolmente superiore ai dati ottenuti utilizzando i telescopi orbitali WMAP e Planck - 69 chilometri al secondo - e non può essere spiegata utilizzando le nostre idee esistenti sulla natura dell'energia oscura e sul meccanismo della nascita dell'Universo.
Riess e i suoi colleghi hanno suggerito che esistesse anche una terza sostanza "oscura" - la "radiazione oscura" (radiazione oscura), che la faceva accelerare più velocemente delle previsioni teoriche nei primi giorni dell'Universo. Tale affermazione non è passata inosservata e la collaborazione H0LiCOW, che comprende dozzine di astronomi provenienti da tutti i continenti del pianeta, ha iniziato a testare questa ipotesi osservando i quasar, i nuclei attivi di galassie distanti.
Gioco di candele e lenti cosmiche
I quasar, grazie al gigantesco buco nero al loro centro, piegano la struttura dello spazio-tempo in modo speciale, amplificando la luce che passa attraverso l'ambiente circostante, come una lente gigante.
Se due quasar vengono posizionati uno accanto all'altro per gli osservatori sulla Terra, accade una cosa interessante: la luce del quasar più lontano verrà divisa mentre passa attraverso la lente gravitazionale del primo nucleo galattico. Per questo motivo vedremo non due, ma cinque quasar, quattro dei quali saranno “copie” leggere di un oggetto più distante. Ancora più importante, ogni copia rappresenterà una “fotografia” del quasar in momenti diversi della sua vita, a causa delle diverse quantità di tempo impiegate dalla luce per sfuggire alla lente gravitazionale.
La durata di questo tempo, come spiegano gli scienziati, dipende dal tasso di espansione dell'Universo, che rende possibile calcolarlo osservando un gran numero di quasar distanti. Questo è ciò che hanno fatto i partecipanti a H0LiCOW, cercando quasar “doppi” simili e osservando le loro “copie”.
In totale, Kubrin e i suoi colleghi hanno trovato tre quasar “bambole matrioska” e li hanno studiati in dettaglio utilizzando i telescopi orbitali Hubble e Spitzer e una serie di telescopi terrestri nelle Isole Hawaii e in Cile. Queste misurazioni, secondo i ricercatori, hanno permesso loro di misurare la costante di Hubble alla distanza cosmologica “media” con un livello di errore del 3,8%, che è molte volte migliore rispetto ai risultati ottenuti in precedenza.
Questi calcoli hanno mostrato che l’Universo si sta espandendo ad una velocità di circa 71,9 chilometri al secondo, che generalmente corrisponde al risultato che Riess e i suoi colleghi hanno ottenuto a distanze cosmologiche “vicine”, e parla a favore dell’esistenza di un terzo “oscuro” sostanza che ha accelerato l'universo nella sua giovinezza. Un’altra opzione per spiegare le discrepanze con i dati è che l’Universo non è effettivamente piatto, ma assomiglia a una sfera o a una “fisarmonica”. È anche possibile che la quantità o le proprietà della materia oscura siano cambiate negli ultimi 13 miliardi di anni, facendo sì che l’universo cresca più velocemente.
In ogni caso, gli scienziati intendono studiare circa un centinaio di quasar simili per verificare l'attendibilità dei dati ottenuti e per capire come si possa spiegare un comportamento così insolito dell'Universo, che non rientra nelle teorie cosmologiche standard.
Analizzando i risultati delle osservazioni delle galassie e della radiazione cosmica di fondo a microonde, gli astronomi sono giunti alla conclusione che la distribuzione della materia nell'Universo (la regione dello spazio studiato supera i 100 Mpc di diametro) è omogenea e isotropa, cioè non dipende dalla posizione e direzione nello spazio (vedi Cosmologia). E tali proprietà dello spazio, secondo la teoria della relatività, comportano inevitabilmente un cambiamento nel tempo nelle distanze tra i corpi che riempiono l'Universo, ad es. l'Universo deve espandersi o contrarsi e le osservazioni indicano espansione.
L'espansione dell'Universo differisce significativamente dall'espansione ordinaria della materia, ad esempio dall'espansione di un gas in un cilindro. Il gas, espandendosi, cambia la posizione del pistone nel cilindro, ma il cilindro rimane invariato. Nell'Universo c'è un'espansione di tutto lo spazio nel suo insieme. Pertanto, la domanda in quale direzione avviene l'espansione diventa priva di significato nell'Universo. Questa espansione avviene su larga scala. All'interno dei sistemi stellari, delle galassie, degli ammassi e dei superammassi di galassie, l'espansione non avviene. Tali sistemi legati gravitazionalmente sono isolati dall’espansione generale dell’Universo.
La conclusione che l'Universo si sta espandendo è confermata dalle osservazioni dello spostamento verso il rosso negli spettri delle galassie.
Lasciamo che i segnali luminosi vengano inviati da un certo punto dello spazio in due istanti e osservati in un altro punto dello spazio.
A causa di un cambiamento nella scala dell'Universo, cioè di un aumento della distanza tra i punti di emissione e di osservazione della luce, il secondo segnale deve percorrere una distanza maggiore del primo. E poiché la velocità della luce è costante, il secondo segnale è ritardato; l'intervallo tra i segnali nel punto di osservazione sarà maggiore rispetto al punto di partenza. Maggiore è la distanza tra la sorgente e l'osservatore, maggiore è il ritardo. Uno standard naturale di frequenza è la frequenza della radiazione durante le transizioni elettromagnetiche negli atomi. A causa dell'effetto descritto dell'espansione dell'Universo, questa frequenza diminuisce. Pertanto, quando si osserva lo spettro di emissione di una galassia distante, tutte le sue linee dovrebbero essere spostate verso il rosso rispetto agli spettri di laboratorio. Questo fenomeno di spostamento verso il rosso è l'effetto Doppler (vedi Velocità radiale) derivante dalla reciproca “scattering” delle galassie e si osserva nella realtà.
L'entità dello spostamento verso il rosso è misurata dal rapporto tra la frequenza modificata della radiazione e quella originale. Maggiore è la distanza dalla galassia osservata, maggiore è la variazione di frequenza.
Pertanto, misurando lo spostamento verso il rosso degli spettri, risulta possibile determinare la velocità v delle galassie con cui si allontanano dall'osservatore. Queste velocità sono legate a distanze chiamate costanti di Hubble.
La determinazione accurata del valore è irta di grandi difficoltà. Sulla base di osservazioni a lungo termine, il valore attualmente accettato è .
Questo valore corrisponde ad un aumento della velocità di recessione delle galassie pari a circa 50-100 km/s per ogni megaparsec di distanza.
La legge di Hubble permette di stimare le distanze delle galassie situate a distanze enormi in base allo spostamento verso il rosso delle linee misurate nei loro spettri.
La legge della recessione delle galassie deriva dalle osservazioni della Terra (o, si potrebbe dire, della nostra Galassia), e quindi descrive la distanza delle galassie dalla Terra (la nostra Galassia). Tuttavia, da ciò non si può concludere che sia la Terra (la nostra Galassia) ad essere al centro dell'espansione dell'Universo. Semplici costruzioni geometriche ci convincono che la legge di Hubble è valida per un osservatore situato in una qualsiasi delle galassie partecipanti alla recessione.
La legge di espansione di Hubble indica che la materia nell'Universo una volta aveva densità molto elevate. Il tempo che ci separa da questo stato può essere convenzionalmente chiamato l'età dell'Universo. È determinato dal valore
Poiché la velocità della luce è finita, l’età finita dell’Universo corrisponde alla regione finita dell’Universo che possiamo attualmente osservare. Inoltre, le parti osservabili più distanti dell'Universo corrispondono ai primi momenti della sua evoluzione. In questi momenti potrebbero nascere e interagire nell'Universo una varietà di particelle elementari. Analizzando i processi avvenuti con la partecipazione di tali particelle nel primo secondo dell'espansione dell'Universo, la cosmologia teorica trova, basata sulla teoria delle particelle elementari, le risposte alle domande sul perché non c'è antimateria nell'Universo e persino perché l’Universo si sta espandendo.
Molte delle previsioni della teoria sui processi fisici delle particelle elementari si riferiscono a regioni energetiche irraggiungibili nelle moderne condizioni di laboratorio terrestri, ad esempio negli acceleratori.
Tuttavia, nel periodo precedente al primo secondo dell'espansione dell'Universo, avrebbero dovuto esistere particelle con tale energia. Pertanto, i fisici vedono l’Universo in espansione come un laboratorio naturale di particelle elementari.
In questo laboratorio è possibile effettuare "esperimenti mentali", analizzare come l'esistenza di una particolare particella influenzerebbe i processi fisici nell'Universo, come questa o quella previsione della teoria si manifesterebbe nelle osservazioni astronomiche.
La teoria delle particelle elementari viene invocata per spiegare la “massa nascosta” dell’Universo. Per spiegare come si sono formate le galassie, come si muovono negli ammassi di galassie e molte altre caratteristiche della distribuzione della materia visibile, risulta necessario supporre che oltre l'80% della massa dell'Universo sia nascosta sotto forma di materia invisibile particelle debolmente interagenti. A questo proposito, i neutrini con massa a riposo diversa da zero, così come nuove ipotetiche particelle, sono ampiamente discussi in cosmologia.
La ricerca degli astronomi americani conferma le informazioni tratte dai libri di Anastasia Novykh. Il tasso di espansione dell'Universo si è rivelato molto più elevato di quanto mostrato dai calcoli precedenti. Gli scienziati giungono alla conclusione che questo fatto potrebbe indicare la presenza di qualche tipo di radiazione oscura o l'incompletezza della teoria della relatività. accettato per la pubblicazione sull'Astrophysical Journal.
L'astrofisico americano e premio Nobel Adam Riess osserva che questa scoperta può aiutare a capire cos'è la materia oscura, così come l'energia oscura e la radiazione oscura. Questo è considerato molto importante, dal momento che gli scienziati moderni stimano che varie combinazioni di materia oscura costituiscano più del 95% della materia oscura totale. massa dell'universo.
In precedenza, per misurare la velocità di espansione dell'Universo, venivano studiate supernovae distanti e venivano utilizzati i dati delle sonde WMAP e Planck, con l'aiuto delle quali studiano l'"eco" a microonde del Big Bang. In un nuovo studio, gli astrofisici hanno deciso di cambiare la loro tattica di lavoro e hanno iniziato a osservare le stelle variabili e relativamente vicine delle galassie vicine. Queste stelle sono chiamate Cefeidi. Sono interessanti per i ricercatori perché le loro pulsazioni possono essere utilizzate per calcolare con precisione le distanze di oggetti spaziali distanti. Il team di Adam Riess ha utilizzato il telescopio Hubble per osservare tali stelle in 18 galassie vicine che avevano recentemente subito esplosioni di supernova di tipo 1. Come risultato della ricerca, è stato possibile calcolare la distanza da questi oggetti, il che ha contribuito a chiarire il valore della costante di Hubble e a ridurre l'errore nel calcolo dal 3% al 2,4%. Di conseguenza, si è scoperto che due galassie, situate a una distanza di 3 milioni di anni luce l'una dall'altra, volano via a una velocità di 73 chilometri al secondo. Si è così ottenuto un risultato inaspettato: la velocità era notevolmente superiore rispetto ai calcoli ottenuti utilizzando WMAP e Planck. Questo valore di velocità non può essere spiegato dalle opinioni scientifiche esistenti sul meccanismo dell'origine dell'Universo e sulla natura dell'energia oscura.
Foto di NASA/ESA/A.Riess
Adam Riess suggerisce che un tasso di espansione dell’Universo così elevato potrebbe indicare che, oltre all’energia oscura, un’altra energia è coinvolta nel processo di “accelerazione” sostanza invisibile. Lo scienziato la chiamò “radiazione oscura”. Secondo i ricercatori, questa “radiazione” ha proprietà simili ai cosiddetti neutrini sterili, ed esisteva agli albori dell’Universo, quando era dominato dall’energia piuttosto che dalla materia. Gli scienziati sperano che ulteriori ricerche con il telescopio Hubble e una maggiore precisione delle osservazioni aiuteranno a capire se la “radiazione oscura” è davvero necessaria per spiegare risultati inaspettati negli studi sul tasso di espansione dell’Universo.
Il fatto che l'Universo non si fermi, ma si stia gradualmente espandendo, fu dimostrato nel 1929 dall'astronomo Edwin Hubble. Ha fatto questa scoperta osservando il movimento delle galassie distanti. Alla fine degli anni '90, studiando le supernovae del primo tipo, gli astrofisici riuscirono a scoprire che l'Universo si sta espandendo non a velocità costante, ma con accelerazione. Si è quindi concluso che la causa di ciò era l'energia oscura.
È interessante notare che i risultati della ricerca moderna nel campo dell'astronomia spesso confermano le informazioni provenienti da antiche leggende di molti popoli del pianeta. Questi monumenti culturali contengono informazioni sorprendenti sulla nascita dell'Universo attraverso il Suono Primario (che è ancora osservato sotto forma di uno sfondo di determinate radiazioni), nonché la conoscenza dell'ordine mondiale. Basti ricordare i famosi miti cosmogonici dei Dogon e dei Bambara. Solo di recente è stato possibile comprendere parzialmente le informazioni che queste popolazioni conservavano, grazie alle scoperte in campo astronomico. Ma nei miti Dogon sono state preservate anche informazioni tali che il livello di sviluppo della fisica moderna non è ancora in grado di darle una spiegazione scientifica.
Tornando alla questione dell'espansione dell'Universo, vale la pena notare che i risultati di un nuovo studio confermano quanto pubblicato molti anni fa nei libri di Anastasia Novykh, e la scoperta perfetta è solo una piccola parte della conoscenza contenuta in questi libri. Quindi, ad esempio, nei libri "Sensei-4" E "AllatRa" Si nota che il movimento dell'Universo avviene a spirale. Affatto, movimento a spiraleè un'area promettente di studio; si manifesta in tutti i processi del mondo materiale. Ma la cosa più interessante è che i libri dello scrittore descrivono non solo il processo di nascita dell'Universo, ma forniscono anche informazioni su ciò che sta accadendo e accadrà a seguito della sua espansione. I libri contengono anche oggetti di valore conoscenza della forza che sta alla base della materia e di tutte le sue interazioni,È stata effettuata un'analisi delle visioni scientifiche moderne nel campo dello studio dei fenomeni astronomici, un'analisi delle antiche leggende di tutto il mondo e molto altro ancora, che potrebbe diventare l'impulso per scoperte epocali nella scienza moderna.
Ad esempio, il libro AllatRa descrive informazioni piuttosto interessanti sulla massa totale dell'Universo:
Rigden: ...La quantità di materia (il suo volume, densità, ecc.), e il fatto stesso della sua presenza nell'Universo non influiscono sulla massa totale dell'Universo. Le persone sono abituate a percepire la materia con la sua massa intrinseca solo dalla posizione dello spazio tridimensionale. Ma per comprendere meglio il significato di questo problema, è necessario conoscere la multidimensionalità dell'Universo. Il volume, la densità e altre caratteristiche del visibile, cioè la materia familiare alle persone in tutta la sua diversità (comprese le cosiddette particelle “elementari” oggi) cambiano già nella quinta dimensione. Ma la massa rimane invariata, poiché fa parte dell'informazione generale sulla “vita” di questa materia fino alla sesta dimensione compresa. La massa della materia è solo informazione sull'interazione di una materia con un'altra in determinate condizioni. Come ho già detto, l'informazione ordinata crea la materia, le conferisce proprietà, inclusa la massa. Tenendo conto della multidimensionalità dell'Universo materiale, la sua massa è sempre pari a zero. La massa totale della materia nell’Universo sarà enorme solo per gli Osservatori della terza, quarta e quinta dimensione...
Anastasia: La massa dell'Universo è zero? Ciò indica anche la natura illusoria del mondo in quanto tale, come si diceva in molte antiche leggende dei popoli del mondo...
Rigden: La scienza del futuro, se sceglierà la strada indicata nei suoi libri, potrà avvicinarsi a rispondere alle domande sull'origine dell'Universo e sulla sua creazione artificiale.
Leggi il seguito nel libro "AllatRa", pagina 42
Secondo le opinioni scientifiche esistenti, "se l'espansione accelerata dell'Universo continua indefinitamente, di conseguenza, le galassie al di fuori del nostro Superammasso di Galassie prima o poi andranno oltre l'orizzonte degli eventi e diventeranno invisibili per noi, poiché la loro velocità relativa supererà la velocità della luce."
Esiste un'altra visione del processo di espansione dell'Universo, che può essere rintracciata nei miti dei popoli del mondo, dove si parlava dell'accorciamento dei giorni e del Suono Primario. Nel libro "Sensei-4" puoi leggere quanto segue:
—...Nel prossimo futuro, l'umanità incontrerà un altro fenomeno dell'Universo. A causa della crescente accelerazione dell'Universo, a causa dell'esaurimento del potere di Allat, l'umanità sentirà una rapida riduzione del tempo. Il fenomeno sarà che le tradizionali ventiquattro ore al giorno rimarranno le stesse, ma il tempo volerà molto più velocemente. E le persone sentiranno questa rapida riduzione degli intervalli di tempo sia a livello fisico che a livello di percezione intuitiva.
- Quindi questo sarà collegato specificamente all'espansione dell'Universo? - Ha chiarito Nikolai Andreevich.
- SÌ. Con accelerazione crescente. Più l'Universo si espande, più il tempo scorre velocemente, e così via fino al completo annientamento della materia.
Grazie agli scienziati che si sono interessati alla conoscenza dei libri di A. Novykh e hanno iniziato ad approfondire la loro essenza, è stato recentemente pubblicato il rapporto “PRIMODIUM ALLATRA FISICA”. Come scritto nel rapporto, la base principale della conoscenza per la ricerca scientifica è stata creata dall'autore nelle opere “AllatRa” e “Ezoosmos”. Nel rapporto degli scienziati, le informazioni tratte dai libri dell'autore sono integrate con nuovi dati. In particolare compaiono concetti come reticolo ezoosmico, campo settonico, settone, che sono fondamentali per comprendere i processi che si verificano nel mondo sia a livello micro che macro.
“Nel cuore dell’Universo materiale c’è una sorta di “cornice spaziale”, una struttura immateriale – una GRIGLIA EZOOSMICA. Nell’immaginazione di un residente di una dimensione tridimensionale, questa “struttura” energetica nel suo insieme somiglierebbe a il suo contorno esterno è un oggetto molto appiattito, approssimativamente simile a un mattone piatto, l'altezza del lato il cui bordo è 1/72 della dimensione della sua base. In altre parole, il reticolo ezoosmico ha una geometria piatta l'espansione dell'Universo materiale è limitata dalla dimensione del reticolo ezoosmico.
Ci sono 72 dimensioni all'interno della griglia ezoosmica (nota: per maggiori informazioni sulle 72 dimensioni, vedere il libro AllatRa). Tutto ciò che la scienza moderna chiama "Universo materiale" esiste solo all'interno delle prime 6 dimensioni, e le restanti 66 dimensioni sono, in sostanza, sovrastrutture di controllo che trattengono il "mondo materiale" entro un certo quadro limitante: sei dimensioni. Secondo l'antica conoscenza, anche 66 dimensioni (dalla 7 alla 72 comprese) appartengono al mondo materiale, ma non sono tali nella loro essenza.
Al di fuori della griglia ezoosmica, che è affermata anche nelle antiche tradizioni sacre di diversi popoli del mondo, esiste un mondo spirituale - un mondo qualitativamente diverso che non ha nulla in comune con il mondo materiale, le sue leggi e i suoi problemi."
L'ammasso di galassie Abel85, situato a circa 740 milioni di anni luce dalla Terra, è stato rilevato dall'Osservatorio a raggi X Chandra. Il bagliore viola è il gas riscaldato a diversi milioni di gradi.
Illustrazione per un modello della crescita delle strutture cosmiche dell'Universo. Sono raffigurate tre età dell'Universo: 0,9 miliardi, 3,2 miliardi e 13,7 miliardi di anni (stato attuale).
Un gruppo internazionale di scienziati guidati da Alexei Vikhlinin dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia russa delle scienze ha confermato sperimentalmente l'espansione accelerata dell'Universo con un nuovo metodo indipendente e ha ripristinato il quadro del suo sviluppo nel tempo. Attualmente, IKI RAS sta lavorando alla creazione di un nuovo osservatorio orbitale a raggi X, uno dei cui compiti sarà quello di determinare l'equazione di stato dell'energia oscura con una precisione senza precedenti.
Alexey Vikhlinin, intervenendo alla conferenza “L'astrofisica delle alte energie oggi e domani”, tenutasi presso l'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia russa delle scienze, ha affermato che nel secolo scorso, le osservazioni di supernove lontane hanno mostrato che il nostro Universo si sta espandendo ad un ritmo accelerato valutare. Per spiegare questa accelerazione è stato introdotto il concetto di “energia oscura” (“energia invisibile”). Le sue proprietà si sono rivelate molto insolite: ad esempio, l'energia oscura deve avere una pressione negativa per "spingere" l'Universo. Stabilire la natura di questa misteriosa energia oscura è uno dei compiti principali della fisica, poiché, secondo le idee moderne, è l'energia oscura che determina lo sviluppo del nostro mondo.
Il lavoro di un gruppo internazionale di scienziati provenienti da Europa e Stati Uniti si è basato sullo studio della distribuzione di massicci ammassi di galassie nello spazio, gli elementi principali della struttura su larga scala dell'Universo. (La struttura su larga scala può essere pensata come ammassi di galassie collegate da filamenti
- accumuli di gas, tra i quali ci sono vuoti.) L'energia oscura dovrebbe avere un impatto significativo sulla crescita di strutture su larga scala, poiché contrasta la forza di attrazione gravitazionale della materia e impedisce la formazione di concentrazioni di materia su grandi scale di distanza . Questa influenza si riflette soprattutto nel tasso di formazione di massicci ammassi di galassie. Tali ammassi contengono migliaia di galassie simili alla nostra e possono avere masse dell'ordine di 10 14 masse solari.
86 degli ammassi di galassie più massicci dell'Universo, situati a una distanza compresa tra diverse centinaia di milioni e diversi miliardi di anni luce dalla Via Lattea, sono stati scoperti sperimentalmente e studiati in dettaglio. La maggior parte degli ammassi sono stati scoperti sulla base dei dati del telescopio a raggi X ROSAT (Germania, NASA). Le misurazioni della distanza sono state effettuate utilizzando una dozzina di telescopi ottici in tutto il mondo: Keck, Magellan, NTT, ecc. Un gran numero di osservazioni sono state effettuate anche utilizzando il telescopio russo-turco da 1,5 metri RTT-150. Il contributo principale al successo del lavoro è stato dato dall'Osservatorio orbitante a raggi X Chandra (USA): sulla base dei suoi dati, le masse degli ammassi sono state misurate accuratamente.
Sulla base dei risultati ottenuti, gli astrofisici hanno ricostruito un quadro dello sviluppo dell'Universo a partire da circa 2/3 della sua età fino ad oggi, cioè negli ultimi 5,5 miliardi di anni (che corrispondono approssimativamente all'età del Sole). I risultati di questo studio hanno mostrato che la crescita della struttura su larga scala ha rallentato significativamente durante questo periodo.
La forza con cui l'energia oscura “spinge” la materia è descritta da un parametro dell'equazione di stato dell'energia oscura, che ha un significato fisico simile alla rigidità di una molla. I ricercatori hanno effettuato la misurazione più accurata di questo parametro fino ad oggi. I risultati implicano che le equazioni della relatività generale (con la sola aggiunta della costante cosmologica) funzionano bene a tutte le distanze osservabili, dai raggi orbitali dei pianeti nel nostro sistema solare alle dimensioni dell’intero universo osservabile.
IKI RAS in collaborazione con gli istituti della Società omonima. Max Planck (Germania) e altre organizzazioni scientifiche stanno attualmente lavorando alla creazione dell'osservatorio orbitale di raggi X "Spectrum-X-Gamma" (SRG), il cui lancio è previsto nel 2012. L'osservatorio è progettato per fornire una ricognizione completa del cielo, durante la quale si prevede di scoprire circa 100mila ammassi di galassie (cioè tutti gli ammassi massicci di galassie presenti nell'Universo), circa 3 milioni di nuclei galattici attivi (buchi neri supermassicci ) e circa 2 milioni di stelle attive coronalmente Sulla base delle osservazioni di massicci ammassi di galassie, si prevede di stimare con maggiore precisione il tasso di crescita della struttura su larga scala dell'Universo, che, a sua volta, consentirà di determinare l'equazione di stato dell'energia oscura con una precisione senza precedenti.
Gli astrofisici ritengono che lo studio della natura dell'energia oscura creerà una nuova teoria del vuoto, che potrebbe essere estesa ad altri fenomeni fisici. È possibile che nel quadro della nuova teoria risulti che il nostro spazio non ha quattro, ma cinque dimensioni.
È un po’ un’ironia della natura che la forma di energia più abbondante nell’Universo sia anche la più misteriosa. Dopo la straordinaria scoperta dell'espansione accelerata dell'Universo, è rapidamente emerso un quadro coerente che indica che 2/3 del cosmo sono "fatti" di "energia oscura", una sorta di materiale gravitazionalmente ripugnante. Ma le prove sono abbastanza convincenti per sostenere queste nuove esotiche leggi della natura? Forse ci sono spiegazioni astrofisiche più semplici per questi risultati?
Il prototipo di questa nota è stato recentemente pubblicato nella sezione scientifica popolare di Habr, anche se sotto chiave, quindi forse non tutti gli interessati l'hanno capito. In questa versione sono state apportate aggiunte piuttosto significative, che dovrebbero interessare a tutti.
La storia dell'energia oscura è iniziata nel 1998, quando due team indipendenti esplorarono supernovae lontane. per rilevare la velocità con cui l’espansione dell’Universo sta rallentando. Uno di questi, il Supernova Cosmology Project, iniziò a lavorare nel 1988 ed era guidato da Saul Perlmutter. Un altro, guidato da Brian Schmidt High-z Supernova Search Team, si è unito alla ricerca nel 1994. Il risultato li ha scioccati: l'Universo è in una modalità di espansione accelerata da molto tempo.
Come gli investigatori, i cosmologi di tutto il mondo stavano compilando un dossier sugli imputati responsabili dell'accelerazione. Le sue particolarità: gravitazionalmente repulsivo, impedisce la formazione di galassie (raggruppamento della materia in galassie), si manifesta nello stiramento dello spazio-tempo. Il soprannome dell’imputato è “energia oscura”. Molti teorici hanno suggerito che l'imputato sia una costante cosmologica. Certamente corrispondeva allo scenario di espansione accelerata. Ma c’erano prove sufficienti per identificare pienamente l’energia oscura con la costante cosmologica?
L’esistenza dell’energia oscura repulsiva gravitazionale avrebbe conseguenze drammatiche per la fisica fondamentale. L’ipotesi più conservativa era che l’Universo fosse pieno di un mare omogeneo di energia quantistica del punto zero, o di un condensato di nuove particelle la cui massa è $((10)^(39))$ volte inferiore a un elettrone. Alcuni ricercatori hanno anche suggerito la necessità di modifiche alla relatività generale, in particolare di nuove forze a lungo raggio che indeboliscano l’effetto della gravità. Ma anche le proposte più conservatrici presentavano gravi carenze. Ad esempio, la densità energetica del punto zero si è rivelata inferiore di 120 ordini di grandezza non plausibili rispetto alle previsioni teoriche. Dal punto di vista di queste ipotesi estreme, sembrava più naturale cercare una soluzione nel quadro dei concetti astrofisici tradizionali: la polvere intergalattica (la dispersione di fotoni su di essa e il conseguente indebolimento del flusso di fotoni) o la differenza tra nuovi e vecchie supernove. Questa possibilità è stata sostenuta da molti cosmologi che vigilano di notte.
Le osservazioni delle supernovae e la loro analisi effettuate da S. Perlmutter, B. Schmidt e A. Riess hanno reso chiaro che la diminuzione della loro luminosità con la distanza avviene notevolmente più velocemente di quanto ci si aspetterebbe secondo i modelli cosmologici allora accettati. Più recentemente, questa scoperta è stata notata. Questo oscuramento aggiuntivo significa che un dato spostamento verso il rosso corrisponde a una certa aggiunta di distanza effettiva. Ma questo, a sua volta, è possibile solo quando l’espansione cosmologica avviene con accelerazione, cioè La velocità con cui la sorgente luminosa si allontana da noi non diminuisce, ma aumenta con il tempo. La caratteristica più importante dei nuovi esperimenti è stata che hanno permesso non solo di determinare il fatto stesso dell'espansione accelerata, ma anche di trarre un'importante conclusione sul contributo di vari componenti alla densità della materia nell'Universo.
Fino a poco tempo fa, le supernovae erano l’unica prova diretta di un’espansione accelerata e l’unico supporto convincente a favore dell’energia oscura. Misurazioni accurate del fondo cosmico a microonde, compresi i dati WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), hanno fornito una conferma indipendente della realtà dell’energia oscura. Lo stesso è stato confermato dai dati di due progetti più potenti: la distribuzione su larga scala delle galassie nell'Universo e lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
Una combinazione di dati provenienti da WMAP, SDSS e altre fonti ha scoperto che la repulsione gravitazionale generata dall’energia oscura sta rallentando il collasso delle regioni superdense di materia nell’Universo. La realtà dell’energia oscura è diventata immediatamente molto più accettabile.
Espansione dello spazio
L'espansione cosmica fu scoperta da Edwin Hubble alla fine degli anni '20 e potrebbe essere la caratteristica più importante del nostro Universo. Non solo i corpi astronomici si muovono sotto l'influenza dell'interazione gravitazionale dei loro vicini, ma le strutture su larga scala sono ancora più sollecitate dall'espansione cosmica. Un'analogia popolare è il movimento dell'uvetta in una torta molto grande nel forno. Man mano che la torta sale, aumenta la distanza tra qualsiasi coppia di uvetta incorporata nella torta. Se immaginiamo che un particolare punto culminante rappresenti la nostra galassia, scopriremo che tutti gli altri punti salienti (galassie) si stanno allontanando da noi in tutte le direzioni. Il nostro Universo si è espanso dal caldo e denso brodo cosmico creato dal Big Bang all’insieme molto più freddo e sottile di galassie e ammassi di galassie che vediamo oggi.
La luce emessa dalle stelle e dal gas nelle galassie distanti viene allungata in modo simile, allungando la sua lunghezza d'onda mentre viaggia verso la Terra. Questo spostamento della lunghezza d'onda è dato dal redshift $z=\left(\lambda_(obs)-\lambda_0\right)/\lambda_0$, dove $\lambda_(obs)$ è la lunghezza della luce sulla Terra e $\lambda_ (0) $ è la lunghezza d'onda della luce emessa. Ad esempio, la transizione alfa di Lyman nell'atomo di idrogeno è caratterizzata da una lunghezza d'onda di $\lambda_0=121,6$ nanometri (quando si ritorna allo stato fondamentale). Questa transizione può essere rilevata nella radiazione di galassie distanti. In particolare, è stato utilizzato per rilevare un redshift record: uno straordinario z=10 con la linea alfa di Lyman a $\lambda_(obs)=1337,6$ nanometri. Ma lo spostamento verso il rosso descrive solo il cambiamento su scala cosmica man mano che la luce viene emessa e assorbita, e non fornisce informazioni dirette sulla distanza dall’emettitore o sull’età dell’universo quando la luce è stata emessa. Se conosciamo sia la distanza dell'oggetto che lo spostamento verso il rosso, possiamo cercare di ottenere informazioni importanti sulla dinamica dell'espansione dell'Universo.
Le osservazioni delle supernovae hanno rivelato una sostanza repulsiva gravitazionale che controlla l'accelerazione dell'Universo. Questa non è la prima volta che gli astronomi si trovano ad affrontare il problema della materia mancante. Le masse luminose delle galassie si sono rivelate significativamente più piccole delle masse gravitanti. Questa differenza è costituita dalla materia oscura, materia fredda e non relativistica, probabilmente composta principalmente da particelle che interagiscono debolmente con gli atomi e la luce.
Tuttavia, le osservazioni hanno indicato che la quantità totale di materia nell’Universo, inclusa la materia oscura, rappresenta solo 1/3 dell’energia totale. Ciò è stato confermato dallo studio di milioni di galassie nell'ambito dei progetti 2DF e SDSS. Ma la relatività generale prevede che esista una relazione precisa tra espansione e contenuto energetico dell’universo. Sappiamo quindi che la densità energetica totale di tutti i fotoni, atomi e materia oscura deve essere aggiunta a un valore critico, determinato dalla costante di Hubble $H_(0)$: $((\rho)_(crit))=3H_( 0 )^(2)/8\pi\cdot(G)$. Il problema è che non è così, ma questa è una storia completamente diversa.
Massa, energia e curvatura dello spazio-tempo sono direttamente correlate nella relatività generale. Una spiegazione, quindi, potrebbe essere che il divario tra la densità critica e la densità della materia osservata è riempito da una certa densità di energia associata alla deformazione dello spazio su larga scala e osservabile solo su scale dell’ordine di $c/((H) _(0))\sim4000\Mpc$. Fortunatamente, la curvatura dell’Universo può essere determinata utilizzando misurazioni ICF di precisione. Una reliquia, con un'origine 400.000 dopo il Big Bang, l'ICF è la radiazione del corpo nero, la cui sorgente è il plasma primordiale. Quando l'Universo si raffreddò al di sotto dei 3000$\K$, il plasma divenne trasparente ai fotoni e questi furono in grado di propagarsi liberamente nello spazio. Oggi, quasi 15 miliardi di anni dopo, osserviamo un serbatoio termico di fotoni alla temperatura di 2.726$\K$, che rappresenta il risultato di uno spostamento verso il rosso dovuto all'espansione cosmica.
Una notevole immagine dell'ICF è stata ottenuta utilizzando il satellite WMAP, mostrando i minimi cambiamenti nella temperatura dei fotoni del “cielo”. Queste variazioni, note come anisotropia ICF, riflettono piccole variazioni nella densità e nel movimento dell’Universo primordiale. Queste variazioni, che si verificano al livello $((10)^(-5))$, sono i semi della struttura su larga scala (galassie, ammassi) che osserviamo oggi.
I punti più freddi/più caldi nello sfondo cosmico a microonde sono dovuti ai fotoni che fuoriescono dalle aree con il potenziale gravitazionale di maggiore/minore densità. Le dimensioni di queste regioni sono ben determinate dalla fisica del plasma. Quando consideriamo l'intero Universo, la dimensione angolare apparente di queste anisotropie dovrebbe essere circa $((0,5)^(0))$ se l'Universo ha una curvatura sufficiente per colmare il gap energetico e il doppio delle dimensioni angolari in assenza di qualsiasi curvatura. di spazio. Il modo più semplice per visualizzare questo effetto geometrico è immaginare un triangolo con base e lati fissi (solo lati?), disegnato su superfici di curvatura variabile. Per una superficie/sfera a sella, gli angoli interni saranno più piccoli/più grandi dello stesso triangolo disegnato su una superficie piana (con geometria euclidea).
Dal 1999 sono stati condotti numerosi esperimenti (TOCO, MAXIMA, BOOMERANG, WMAP), che hanno dimostrato che gli spot MCF hanno dimensioni dell'ordine di $((1)^(0))$. Ciò significa che la geometria dell’Universo è piatta. Dal punto di vista del problema dell’energia mancante, ciò significa che qualcosa di diverso dalla curvatura deve essere responsabile del riempimento del divario. Ad alcuni cosmologi questo risultato sembrava un déjà vu. L’inflazione, la migliore teoria dell’ICF sull’origine delle fluttuazioni primordiali, suggerisce che l’Universo primordiale abbia vissuto un periodo di espansione accelerata guidato da una particella chiamata inflatone. L’inflazione allungherebbe qualsiasi curvatura su larga scala, rendendo la geometria dell’universo piatta o euclidea. Le prove suggeriscono l’esistenza di una forma di energia che impedisce l’aggregazione delle galassie, che è gravitazionalmente repulsiva e che potrebbe essere dovuta a una particella diversa dall’inflatone.
Armonia cosmica
I dati della CMB e delle supernovae hanno costantemente confermato che la fonte dell’accelerazione cosmica è l’energia oscura. Ma quello era solo l'inizio. Combinando le misurazioni ICF di precisione del WMAP con il rilevamento radio, ottico e dei raggi X di distribuzioni di materia su larga scala, gli astrofisici hanno ottenuto ulteriori prove di un tasso di espansione dell’Universo in accelerazione. Si è scoperto che i potenziali buchi gravitazionali di densità e compattazione nell'Universo si sono allungati e levigati nel tempo, come se sotto l'influenza della gravità repulsiva. Questo effetto è noto come effetto integrale (Sachs-Wolfe (ISW)). Ciò porta a una correlazione tra l’anisotropia della temperatura nella CMB e la struttura su larga scala dell’Universo. Sebbene il plasma primordiale sia diventato trasparente ai fotoni man mano che l’Universo si è raffreddato, i fotoni non viaggiano senza ostacoli. Lo spazio è pieno di irregolarità che sono forti a brevi distanze (dove la materia si raggruppa in stelle, galassie e nebulose) e si indeboliscono gradualmente su scale di grandi dimensioni... Durante il loro volo, i fotoni cadono dentro e fuori dai buchi gravitazionali.
Dopo che i raggi cosmici furono rilevati per la prima volta (circa 40 anni fa), Sachs e Wolff dimostrarono che un potenziale variabile nel tempo dovrebbe comportare uno spostamento di energia nell’ICF dei fotoni che lo attraversano. Un fotone acquista energia quando cade in un buco gravitazionale e la spende quando ne esce. Se durante questo processo il potenziale diventasse più profondo, il fotone nel suo complesso perderebbe energia. Se il potenziale diminuisce, il fotone guadagnerà energia.
In un Universo in cui l’intera densità critica è formata solo da atomi e materia oscura, i deboli potenziali gravitazionali su scale spaziali molto grandi (che corrispondono a dolci onde di densità della materia) si evolvono troppo lentamente per lasciare tracce evidenti nei fotoni ICF. Le regioni più dense assorbono semplicemente la materia circostante alla stessa velocità con cui l’espansione cosmica allunga le onde, lasciando invariato il potenziale. Tuttavia, con la più rapida espansione dell’Universo dovuta all’energia oscura, l’accrescimento della materia non può competere con l’allungamento. In effetti, il collasso gravitazionale è rallentato dalla materia oscura repulsiva. Di conseguenza, il potenziale gravitazionale tende ad appiattirsi e i fotoni acquistano energia quando attraversano queste zone. Allo stesso modo, i fotoni perdono energia quando attraversano regioni a bassa densità. (Non banale!)
Pressione negativa
Il più grande mistero dell'accelerazione cosmica non è che implichi che i 2/3 della sostanza che riempie l'Universo non siano visibili a noi, ma che impone l'esistenza della materia con repulsione gravitazionale. Per considerare questa strana proprietà dell'energia oscura è utile introdurre la quantità $w=((p)_(dark))/((\rho )_(dark))$. Questa espressione ricorda l'equazione di stato di un gas. Nella relatività generale, il tasso di variazione dell'espansione cosmica è proporzionale a $-\left(((\rho )_(total))+3((p)_(total)) \right)$. Per l'espansione accelerata questo valore deve essere positivo. Poiché $((\rho )_(total))$ è positivo e la pressione media della materia ordinaria e oscura è trascurabile (perché è fredda e non relativistica), arriviamo al requisito $3w\times ((\ rho )_(scuro ))+((\rho )_(totale))
Perché la pressione influenza l’espansione dell’Universo? Einstein dimostrò che la materia e l’energia piegano lo spazio-tempo. Pertanto, per un gas caldo, l'energia cinetica dei suoi atomi contribuisce alle loro forze gravitazionali, misurate misurando l'accelerazione di corpi distanti. Tuttavia, le forze necessarie per contenere o isolare il gas agiscono contro questa sovrappressione. L'universo invece non è né isolato né limitato. L'espansione dello spazio pieno di gas caldo avverrà effettivamente più lentamente (a causa dell'autogravità) rispetto all'espansione di un universo pieno di gas freddo. Secondo la stessa logica, un mezzo con una pressione negativa tale che $((\rho )_(totale))+3p
La pressione negativa non è un evento così raro. La pressione dell'acqua in alcuni alberi ad alto fusto diventa negativa man mano che la nutrizione aumenta attraverso il loro sistema vascolare. In un campo elettrico o magnetico uniforme si possono trovare anche configurazioni con pressione negativa. In questi casi la pressione è qualcosa di simile ad una molla allungata sotto tensione causata da forze interne. A livello microscopico, il serbatoio dei bosoni di Higgs (le ipotetiche particelle che generano la massa delle particelle nel Modello Standard) crea una pressione negativa quando le sue eccitazioni termiche o cinetiche sono piccole. In effetti, l’inflatone può essere considerato una versione pesante del bosone di Higgs. Una versione proposta dell’energia oscura – la quintessenza – potrebbe anche essere una versione più leggera del bosone di Higgs.
In linea di principio, non esiste un limite inferiore alla pressione nell’Universo. Tuttavia succedono cose strane se $w$ scende a un valore inferiore a $-1.$ Pezzi isolati di tale materiale possono avere massa negativa. …..Ma una cosa è ovvia. Una pressione negativa così forte non si verifica per le particelle e i campi normali nella relatività generale. Numerose osservazioni portano a una gamma più ristretta di parametri dell’energia oscura rispetto a quelli che derivano dal ragionamento generale di cui sopra.
Una combinazione di previsioni provenienti da vari modelli teorici e dalle migliori osservazioni della CMB, di strutture su larga scala e di supernovae porta a $$\Omega_(dark)= 0.728^(+0.015)_(-0.016)$$ $$w= - 0,980\pm0,053 $ $
Una breve storia dell'energia oscura
L'energia oscura, o qualcosa di simile ad essa, è apparsa molte volte nella storia della cosmologia. Il vaso di Pandora fu aperto da Einstein, che introdusse il campo gravitazionale nelle sue equazioni. L’espansione cosmica non era ancora stata scoperta e le equazioni “suggerivano” correttamente che l’Universo contenente materia non poteva essere statico senza l’aggiunta matematica della costante cosmologica, che solitamente è indicata con $\Lambda$. L’effetto equivale a riempire l’Universo con un mare di energia negativa, in cui vanno alla deriva stelle e nebulose. La scoperta dell'estensione ha eliminato la necessità di questa aggiunta ad hoc alla teoria.
Nei decenni successivi, teorici disperati introdussero periodicamente $\Lambda$ nel tentativo di spiegare nuovi fenomeni astronomici. Questi risultati erano sempre di breve durata e di solito portavano a spiegazioni più plausibili per i dati ottenuti. Tuttavia, a partire dagli anni '60, cominciò ad emergere l'idea che l'energia del vuoto (zero) di tutte le particelle e dei campi dovesse inevitabilmente generare un termine simile a $\Lambda$. Inoltre, c'è motivo di credere che la costante cosmologica possa sorgere naturalmente nelle prime fasi dell'evoluzione dell'Universo.
Nel 1980 fu sviluppata la teoria dell’inflazione. Secondo questa teoria, l’Universo primordiale visse un periodo di espansione esponenziale accelerata. L'espansione era dovuta alla pressione negativa dovuta alla nuova particella - . Inflaton si è rivelato un grande successo. Ha permesso molto. Questi paradossi includono i problemi dell'orizzonte e della piattezza dell'Universo. Le previsioni della teoria erano in buon accordo con varie osservazioni cosmologiche.
L'energia oscura e il futuro dell'Universo
Con la scoperta dell’energia oscura, le idee su come potrebbe essere il lontano futuro del nostro Universo sono cambiate radicalmente. Prima di questa scoperta, la questione del futuro era chiaramente associata alla questione della curvatura dello spazio tridimensionale. Se, come molti credevano in precedenza, la curvatura dello spazio di 2/3 determinasse l'attuale tasso di espansione dell'Universo e non ci fosse energia oscura, allora l'Universo si espanderebbe senza limiti, rallentando gradualmente. Ora è chiaro che il futuro è determinato dalle proprietà dell'energia oscura.
Poiché oggi conosciamo poco queste proprietà, non possiamo ancora prevedere il futuro. Puoi solo considerare diverse opzioni. È difficile dire cosa accada nelle teorie con nuova gravità, ma ora si possono discutere altri scenari. Se l’energia oscura è costante nel tempo, come nel caso dell’energia del vuoto, allora l’Universo sperimenterà sempre un’espansione accelerata. La maggior parte delle galassie alla fine si allontanerà dalla nostra fino a una distanza enorme e la nostra Galassia, insieme ai suoi pochi vicini, si rivelerà un'isola nel vuoto. Se l’energia oscura è la quintessenza, allora in un lontano futuro l’espansione accelerata potrebbe fermarsi e persino essere sostituita dalla compressione. In quest’ultimo caso, l’Universo tornerà ad uno stato con materia calda e densa, si verificherà un “Big Bang al contrario”, indietro nel tempo.
Bilancio energetico del nostro Universo. Vale la pena prestare attenzione al fatto che la quota di materia familiare (pianeti, stelle, tutto il mondo che ci circonda) rappresenta solo il 4%, il resto è costituito da forme di energia “oscure”.
Un destino ancora più drammatico attende l’Universo se l’energia oscura è un fantasma, e tale che la sua densità energetica aumenta senza limiti. L'espansione dell'Universo diventerà sempre più rapida, accelererà così tanto che le galassie verranno strappate dagli ammassi, le stelle dalle galassie, i pianeti dal sistema solare. Arriverà al punto che gli elettroni si staccheranno dagli atomi e i nuclei atomici si divideranno in protoni e neutroni. Ci sarà, come si suol dire, una grande svolta.
Uno scenario del genere, tuttavia, non sembra molto probabile. Molto probabilmente, la densità energetica del fantasma rimarrà limitata. Ma anche allora, l’Universo potrebbe trovarsi di fronte ad un futuro insolito. Il fatto è che in molte teorie il comportamento fantasma - un aumento della densità di energia nel tempo - è accompagnato da instabilità. In questo caso, il campo fantasma nell'Universo diventerà altamente disomogeneo, la sua densità di energia in diverse parti dell'Universo sarà diversa, alcune parti si espanderanno rapidamente e altre potrebbero collassare. Il destino della nostra Galassia dipenderà dalla regione in cui si trova.
Tutto ciò, però, riguarda il futuro, distante anche per gli standard cosmologici. Nei prossimi 20 miliardi di anni l’Universo rimarrà quasi lo stesso di adesso. Abbiamo tempo per comprendere le proprietà dell'energia oscura e quindi prevedere in modo più preciso il futuro e forse influenzarlo.
