아인슈타인의 우주상수가 틀렸을 수도 있다는 새로운 증거가 나왔다

작년에 암흑 에너지 조사(DES)와 암흑 에너지 분광 장비(DESI)의 결과는 암흑 에너지가 결국 고정되지 않을 수도 있음을 시사함으로써 우주론자들의 관심을 끌었습니다. “이것은 암흑 에너지가 100년 전 아인슈타인이 도입한 우주 상수가 아니라 새로운 역동적 현상이라는 것을 보여주는 첫 번째 지표가 될 것입니다.”라고 천문학 및 천체 물리학 명예 교수인 조시 프리먼(Josh Frieman)은 설명했습니다.

진화하는 힘을 가리키는 새로운 분석

에 발표된 연구에서 신체검사 D 9월에 Frieman과 NASA 허블 펠로우십 프로그램 아인슈타인 펠로우인 천문학 및 천체 물리학 연구원인 Anowar Shajib은 광범위한 기존 우주 데이터를 분석했습니다. 그들의 연구 결과는 암흑 에너지의 역동적이고 시간에 따라 변하는 모델이 오랜 우주 상수 모델보다 현재 관측에 더 잘 맞는다는 것을 나타냅니다.

Shajib은 관측 우주론과 은하 진화를 전문으로 하며 강력한 중력 렌즈를 적용하여 허블 상수를 측정하고 암흑 에너지 매개변수를 좁힙니다. Frieman의 작업은 또한 관측 우주론에 중점을 두고 있으며, SDSS(Sloan Digital Sky Survey) 및 DES와 같은 대규모 하늘 조사를 활용하여 우주의 기원, 구조 및 운명을 연구하는 동시에 우주의 가속 팽창을 이끄는 신비한 힘을 조사합니다.

시카고 대학교는 Shajib 및 Frieman과 그들의 연구 결과, 이러한 새로운 모델이 우주 진화에 대한 이해에 어떤 ​​의미를 가질 수 있는지, 미래의 관측을 통해 암흑 에너지가 실제로 시간이 지남에 따라 변하는지 여부를 어떻게 밝힐 수 있는지에 대해 이야기했습니다.

우주 연구에서 암흑에너지가 중요한 이유는 무엇입니까?

프리먼: 이제 우리는 우주에 암흑에너지가 얼마나 많은지 정확하게 알고 있지만, 물리적인 이해는 없습니다. 무엇 그것은. 가장 간단한 가설은 그것이 빈 공간 자체의 에너지이며, 이 경우 시간이 지나도 변하지 않을 것이라는 것입니다. 이는 지난 세기 초 Einstein, Lemaitre, de Sitter 등으로 거슬러 올라가는 개념입니다. 우리가 우주의 70%가 무엇인지 거의 또는 전혀 모른다는 것은 다소 당혹스럽습니다. 그리고 그것이 무엇이든 그것은 우주의 미래 진화를 결정하게 될 것입니다.

우주론자들은 최근 어떤 발견을 통해 암흑 에너지가 진화할 수 있다고 생각하게 되었습니까?

샤집: 일부 관측 불일치를 해결하기 위해 90년대 암흑에너지가 발견된 이후 암흑에너지의 역학적 특성에 대한 관심이 있었지만, 최근까지 대부분의 주요하고 견고한 데이터 세트는 표준 우주론으로 인정되는 비진화 암흑에너지 모델과 일치했습니다. 그러나 진화하는 암흑 에너지에 대한 관심은 지난해 초신성, 중입자 음파 진동, DES, DESI 및 플랑크 실험의 우주 마이크로파 배경 데이터의 조합으로 다시 불붙었습니다. 이러한 데이터 세트 조합은 표준적이고 진화하지 않는 암흑 에너지 모델과 큰 불일치를 나타냅니다. 진화하지 않는 암흑에너지의 흥미로운 특징은 공간이 팽창하더라도 밀도가 시간이 지나도 일정하게 유지된다는 것입니다. 그러나 진화하는 암흑에너지 모델의 경우 암흑에너지 밀도는 시간에 따라 변할 것입니다.

프리먼: 이러한 조사의 데이터를 통해 우리는 우주 팽창의 역사, 즉 과거에 여러 시대에 우주가 얼마나 빨리 팽창했는지를 추론할 수 있습니다. 암흑에너지가 시간에 따라 진화한다면 그 역사는 암흑에너지가 일정한 경우와 다를 것입니다. 우주 팽창의 역사 결과에 따르면 지난 수십억 년 동안 암흑 에너지의 밀도는 약 10% 감소했습니다. 다른 물질과 에너지의 밀도보다 많지도 적지도 않지만 여전히 상당한 수준입니다.

본 연구의 목적은 무엇이며, 전반적인 결과는 무엇이었나요?

샤집 그리고 프리먼: 본 연구의 목적은 다음과 같은 예측을 비교하는 것입니다. 물리적 최신 데이터 세트를 사용하여 암흑 에너지 진화에 대한 모델을 추론하고 물리적 이 비교에서 암흑 에너지의 특성. 대부분의 이전 데이터 분석에 사용된 진화하는 암흑 에너지 “모델”은 물리적 모델처럼 동작하도록 제한되지 않는 수학 공식일 뿐입니다. 우리 논문에서 우리는 진화하는 암흑 에너지에 대한 물리학 기반 모델을 데이터와 직접 비교하고 이러한 모델이 표준, 비진화 암흑 에너지 모델보다 현재 데이터를 더 잘 설명한다는 것을 발견했습니다. 우리는 또한 DESI 및 LSST(Vera Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time)와 같은 가까운 미래 조사를 통해 이러한 모델이 올바른지, 아니면 암흑 에너지가 실제로 일정한지를 확실하게 알 수 있음을 보여줍니다.

제시된 모델과 기존 모델과 비교하여 암흑 에너지의 동작을 더 잘 설명하는 이유를 설명하십시오.

프리먼: 이 모델은 액시온(axion)이라고 불리는 가상의 입자에 대한 입자 물리학 이론을 기반으로 합니다. 액시온(Axions)은 1970년대 물리학자들에 의해 처음으로 예측되었는데, 그들은 강한 상호작용의 특정 관찰된 특징을 설명하려고 했습니다. 오늘날 액시온은 암흑 물질의 유력한 후보로 간주되며, 페르미 연구소와 시카고 대학의 물리학자들을 포함하여 전 세계적으로 액시온을 적극적으로 찾고 있는 실험이 진행되고 있습니다.

우리 논문의 모델은 암흑물질이 아닌 암흑에너지로 작용하는 다른 초경량 버전의 액시온을 기반으로 합니다. 이 모델에서 암흑 에너지는 실제로 우주 역사의 처음 수십억 년 동안 일정하지만 액시온은 마치 정지 상태에서 풀려나 굴러가기 시작하는 경사진 들판의 공처럼 진화하기 시작하고 밀도가 천천히 감소할 것이며, 이것이 데이터가 선호하는 것으로 보입니다. 따라서 데이터는 전자보다 약 38배 가벼운 자연계의 새로운 입자의 존재를 시사합니다.

우주 팽창을 이해하는 데 이러한 발견이 미치는 영향은 무엇입니까?

샤집: 이 모델에서는 시간이 지남에 따라 암흑에너지 밀도가 감소합니다. 암흑에너지는 우주의 가속 팽창의 원인이므로 밀도가 감소하면 시간이 지남에 따라 가속도도 감소합니다. 우주의 아주 먼 미래를 생각한다면, 암흑에너지의 다양한 특성은 다양한 결과를 초래할 수 있습니다. 이러한 결과의 두 가지 극단은 가속된 팽창 자체가 모든 것, 심지어 원자까지 찢을 정도로 가속되는 빅 립(Big Rip)과 우주가 어느 시점에서 팽창을 멈추고 다시 붕괴하는 빅 크런치(역 빅뱅처럼 보일 것)입니다. 우리의 모델은 우주가 이 두 가지 극단을 모두 피할 것이라고 제안합니다. 우주는 수십억 년 동안 가속 팽창을 겪으면서 차갑고 어두운 우주, 즉 빅 동결(Big Freeze)을 낳을 것입니다.

이러한 결과가 덜 분명한 다른 의미를 가질 수 있습니까?

프리먼: 제가 상상할 수 있는 유일한 실질적인 의미는 이러한 아이디어를 더욱 탐구하기 위해 개발해야 하는 기술입니다. 예를 들어 새로운 망원경 제작, 새로운 위성 발사, 새로운 탐지기 개발 등이 있습니다. 그러한 발전은 앞으로 수조 년 동안 일어날 사건보다 우리 삶에 훨씬 더 큰 영향을 미칠 가능성이 높습니다.

이번 결과에서 가장 흥미로운 점은 무엇입니까?

샤집: 본 논문에서는 DES, DESI, SDSS, Time-Delay COSMOgraphy, 플랑크그리고 아타카마 우주론 망원경(Atacama Cosmology Telescope) – 그리고 그것들을 결합하여 현재까지 암흑 에너지에 대한 가장 제한적인 측정을 얻었습니다. 이 모든 측정은 광범위한 실험에서 나온 것이므로 어떤 면에서는 우주 공동체 전체가 수집한 집단적 지식을 나타냅니다.

프리먼: 2003년에 DES 작업을 시작했을 때 우리의 목표는 암흑 에너지의 특성을 제한하여 그것이 일정한지 아니면 변화하는지를 결정하는 것이었습니다. 20년 동안 데이터는 그것이 일정하다는 것을 나타냈습니다. 데이터가 일관되게 가정을 뒷받침했기 때문에 우리는 그 질문을 거의 포기했습니다. 그러나 이제 우리는 암흑 에너지가 변화할 수 있다는 힌트를 20년 만에 처음으로 얻었습니다. 만약 그것이 진화하고 있다면 그것은 근본적인 물리학에 대한 우리의 이해를 변화시킬 새로운 무언가임에 틀림없습니다. 그 느낌은 우리가 처음에 있었던 곳을 연상시킵니다. 이러한 힌트가 잘못된 것으로 판명될 수도 있지만 우리는 그 질문에 대한 답을 찾는 단계에 있을 수 있으며 이는 매우 흥미로운 일입니다.