🐃 📲 🏰 Demandez à Ethan n ° 83: que faire si l'énergie sombre n'est pas réelle? 👩🏿‍✈️ 🧛 🛥️

Si nos «bougies standard» ne sont pas très standard, y aura-t-il de l'énergie sombre?

Certains: "Le monde finira en feu!"
- "Non, cela détruira la glace!"
Si la passion m'est connue,
je préfère brûler au feu.
Mais si la mort attend deux fois,
Comme le monde est fragile, je peux le comprendre,
Connaître la glace de haine:
Briser le monde
Et la glace tombera.
- Robert Frost

De temps en temps, des découvertes étonnantes se produisent dans la science qui changent à jamais notre compréhension de l'univers. À la fin des années 1990, des observations de supernovae éloignées ont clairement montré que l'univers n'est pas seulement en expansion, mais que les galaxies éloignées augmentent la vitesse de fuite de nous. Cette découverte, récompensée par le prix Nobel, nous a parlé du sort de notre univers. Mais parmi vos questions cette semaine, il y a une question de Juan Carlos, qui a mentionné une nouvelle étude et a posé une question à ce sujet:

J'ai lu un article sur Eurekalert ici et j'ai pensé que vous deviez le lire aussi. Je ne peux pas attendre vos commentaires à son sujet.

L'article a été écrit sur un communiqué de presse de l'Université de l'Arizona - J'étais là-bas il y a quelques années. Il dit ceci:

L'équipe universitaire a découvert que le type de supernovae couramment utilisé pour mesurer les distances dans l'univers est divisé en catégories inconnues auparavant.

C'est potentiellement un facteur très grave affectant notre compréhension de l'univers et de son destin. Revenons 100 ans en arrière, à la leçon que nous avons dû apprendre, puis revenons aujourd'hui pour voir pourquoi.

En 1923, Edwin Hubble a examiné des «nébuleuses spirales» obscures et sombres dans le ciel, étudiant les supernovae qui y apparaissent et essayant d'ajouter l'essence de ces objets au trésor de nos connaissances. Certains ont fait valoir qu'il s'agissait d'embryons d'étoiles dans la Voie lactée, d'autres ont cru qu'ils étaient des «univers insulaires», des millions d'années-lumière éloignées de notre galaxie, composées de milliards d'étoiles.

En observant une grande nébuleuse à Andromède le 6 octobre de la même année, il a vu l'explosion d'une nouvelle étoile, puis une deuxième, puis une troisième. Et puis quelque chose d'inédit s'est produit: le quatrième nouveau est apparu exactement à la place du premier.

Les explosions de nouvelles étoiles se produisent parfois à plusieurs reprises, mais pour cela, elles nécessitent généralement des centaines et des milliers d'années, car cela se produit lorsque le carburant s'accumule à la surface d'une étoile effondrée en quantité suffisante pour s'enflammer. De toutes les nouvelles étoiles que nous avons découvertes, même les étoiles les plus rapides se rallument prend de nombreuses années. L'idée de renouveler pendant plusieurs heures était absurde.

Mais il y avait un objet connu de nous qui pouvait passer du clair au sombre et revenir en quelques heures: une étoile variable! (Par conséquent, il a supprimé la lettre "N", indiquant une nouvelle, et a écrit "VAR" - une variable).

L'incroyable travail d'Henrietta Swan Leavitt nous a appris que certaines étoiles de l'Univers - Céphéides, étoiles variables pulsantes - vont de brillantes à sombres avec une certaine période, et cette période est inextricablement liée à leur véritable luminosité. Ceci est important car si vous mesurez la période (ce qui est facile à faire), vous connaîtrez la véritable luminosité de l'étoile. Et comme vous pouvez facilement mesurer la luminosité visible, vous reconnaîtrez immédiatement la distance à l'objet, car le rapport luminosité / portée est connu depuis des centaines d'années!

Hubble a utilisé ces informations sur les étoiles variables et le fait que nous pouvons les trouver dans ces nébuleuses spirales (aujourd'hui appelées galaxies) pour mesurer leur distance jusqu'à nous. Il a comparé leur décalage vers le rouge connu avec les distances et a dérivé la loi de Hubble et le taux d'expansion de l'univers.

Cool, hein? Mais, malheureusement, nous présentons souvent cette découverte sous un jour trop favorable: les conclusions de Hubble sur la vitesse d'expansion de l'Univers étaient erronées!

Le problème était que les variables céphéides mesurées par Hubble dans ces galaxies étaient différentes des céphéides mesurées par Henrietta Leavitt. Il s'est avéré que les Céphéides sont divisées en deux classes, ce que Hubble ne connaissait pas. Et bien que la loi de Hubble ait fonctionné, ses estimations initiales des distances étaient trop petites, et donc ses hypothèses sur la vitesse d'expansion de l'univers étaient trop grandes. Au fil du temps, nous les avons corrigés, et bien que les conclusions générales - que l'Univers se développe et que les nébuleuses spirales soient des galaxies éloignées des nôtres - n'aient pas changé, les détails de l'expansion ont définitivement changé!

Avance rapide jusqu'à aujourd'hui.

Les supernovae brillent plus brillamment que les céphéides et peuvent souvent dépasser la luminosité - quoique pour une courte période - de toute leur galaxie! Au lieu de millions d'années-lumière, elles peuvent être vues, dans des circonstances favorables, à des distances de plus de dix milliards d'années-lumière, ce qui nous permet de regarder de plus en plus loin dans l'Univers. De plus, un type spécial de supernova, Ia, est obtenu à partir d'une réaction de synthèse hors contrôle à l'intérieur de naines blanches.

Lorsque de telles réactions se produisent, l'étoile entière est détruite, mais ce qui est important, la courbe de lumière de la supernova, c'est-à-dire la façon dont elle devient plus brillante puis s'assombrit avec le temps, est bien connue et possède des propriétés universelles.

À la fin des années 1990, suffisamment de données ont été collectées sur les supernovae situées à des distances suffisamment grandes, et deux équipes indépendantes - la High-z Supernova Search Team et le Supernova Cosmology Project - ont annoncé que l'accélération de l'expansion de l'Univers découle de ces données, et qu'une certaine forme d'énergie sombre domine dans l'Univers.

Comme beaucoup d'autres, j'étais sceptique, car si les supernovae n'avaient pas été étudiées aussi bien que nous le pensons, toutes ces conclusions devraient être rejetées.

Premièrement, les supernovae peuvent apparaître de deux manières différentes: à partir de l'accrétion de matière d'une étoile compagnon (L) et de la fusion avec une autre naine blanche ®. Ces chemins mèneront-ils à l'apparition de supernovae identiques?

Deuxièmement, ces supernovae, espacées sur de grandes distances, peuvent apparaître dans des conditions très différentes de celles qui nous sont proches. Est-il vrai que les courbes de lumière que nous voyons correspondent à des courbes de lumière à de grandes distances?

Troisièmement, il est possible que quelque chose soit arrivé à cette lumière alors qu'il effectuait son incroyable voyage à une distance géante. N'y a-t-il vraiment pas de nouveau type de poussière ou une sorte de propriété qui amortit la lumière (par exemple, les oscillations photon-axion)?

Il s'avère que toutes ces questions peuvent être résolues et rejetées. Ce n'est pas un problème. Mais récemment - en abordant l'essence de la question de Juan Carlos - nous avons constaté que ces soi-disant Les «bougies standard» peuvent ne pas être aussi standard. Tout comme les céphéides sont de types différents, ces supernovae de type Ia sont également de types différents.

Imaginez que vous ayez une boîte de bougies que vous pensiez identiques: vous pouvez les allumer, les placer à différentes distances, et immédiatement, en mesurant la luminosité apparente, découvrez à quelle distance elles étaient. Cette idée est utilisée en astronomie, et donc les supernovae de type Ia sont si nécessaires pour nous.

Imaginez maintenant que la flamme de ces bougies ait une luminosité différente! Du coup, certains se révèlent légèrement plus lumineux ou légèrement plus sombres; vous avez deux types de bougies, et les plus brillantes peuvent être plus proches de vous, et les gradateurs plus loin.

C'est ce que nous avons pu découvrir parmi les supernovae: il existe deux classes différentes, et l'une est légèrement plus brillante dans la gamme bleu / ultraviolet, et l'autre est plus brillante en rouge / infrarouge, et leurs courbes de lumière sont différentes. Cela peut signifier qu'à des décalages vers le rouge (grandes distances), les supernovae elles-mêmes sont juste plus faibles et pas plus éloignées de nous.

En d'autres termes, notre conclusion sur l'accélération de l'expansion de l'Univers peut être basée sur une interprétation incorrecte des données!

Si nous avons mal mesuré les distances à ces supernovae, peut-être nous sommes-nous trompés sur l'énergie sombre! Au moins à cette occasion, nous serions très inquiets. Nous ne serions pas si inquiets si l'énergie sombre n'avait pas disparu, mais elle aurait été moindre que ce que l'on pensait auparavant.

Alors, lesquelles de ces inquiétudes sont réelles? Il s'avère que ce n'est qu'une raison pour peu d'excitation. En 1998, seules les données sur les supernovae parlaient en faveur de l'énergie sombre. Au fil du temps, nous avons recueilli deux autres preuves tout aussi solides et indépendantes.

1) Rayonnement de fond cosmique aux micro-ondes. Les fluctuations de la lueur résiduelle du Big Bang - mesurées par le projet WMAP, puis avec une plus grande précision et le projet Plank - indiquent clairement que l'Univers contient 5% de matière normale, 27% de matière noire et 68% d'énergie sombre. Et bien que le rayonnement micro-ondes en lui-même ne parle pas des propriétés de l'énergie sombre, il dit que 2/3 de l'énergie de l'Univers est sous une forme qui ne se déforme pas et n'appartient pas à la masse.

Pendant un certain temps, cela a été un problème, car les supernovae elles-mêmes ont dit que l'énergie sombre est aux 3/4 de l'univers, alors peut-être que de nouvelles découvertes sur les supernovae nous aideront à mieux construire des données.

2) La façon dont les galaxies se rassemblent en amas. Dans l'Univers ancien, la matière noire et la matière normale - et la façon dont elles interagissent ou non avec le rayonnement - contrôlaient la façon dont les galaxies se rassemblaient en grappes à l'heure actuelle. Si vous regardez une galaxie dans l'Univers, vous constaterez qu'elle a une propriété étrange: une autre galaxie est plus susceptible d'être située à une distance de 500 millions d'années-lumière d'elle, et avec une plus petite - à une distance de 400 ou 600 millions d'années. Ce phénomène est connu sous le nom d'oscillations acoustiques baryoniques (BAO) et est associé au fait que la matière normale subit une pression de rayonnement et la matière noire non.

Le fait est que l'Univers se développe en raison de tout ce qui y est présent, y compris l'énergie sombre. Par conséquent, avec l'expansion de l'univers, cette distance préférée de 500 millions d'années-lumière varie. Au lieu de «bougies standard», BAO nous permet d'utiliser une «règle standard», qui peut également être utilisée pour mesurer l'énergie sombre.

Il s'avère que les mesures effectuées par BAO ne sont pas pires que les mesures effectuées par les supernovae et donnent les mêmes résultats: l'Univers est composé à 70% d'énergie sombre et correspond à la présence d'une constante cosmologique, et non aux murs de domaine, cordes cosmiques ou autres théories exotiques .

Si nous combinons les trois ensembles de données, nous constatons qu'ils nous donnent une image à peu près similaire.

Ce que nous avons appris, c'est que la quantité d'énergie sombre et son type, que nous dérivons des supernovae, peuvent légèrement changer, ce qui peut même nous aider à mettre les trois méthodes indiquées - supernovae, KMFI et BAO - dans la meilleure correspondance. C'est l'un de ces grands moments de la science où une fausse hypothèse ne nous oblige pas à rejeter tous les résultats et conclusions, mais aide à mieux comprendre le phénomène qui nous a plongés dans la perplexité dès sa découverte.

L'énergie noire existe, et grâce à une nouvelle découverte, nous pouvons même la comprendre - et son effet sur l'Univers - est meilleur qu'avant. Merci au lecteur pour l'opportunité de parler d'une découverte aussi intéressante. Envoyez-moi vos questions et suggestions pour les articles suivants.

Demandez à Ethan n ° 83: que faire si l'énergie sombre n'est pas réelle?

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