Mørk energi menes at være drivkraften for udvidelsen af universet. Men har vi brug for mørk energi til at redegøre for et ekspanderende univers?
Billede via Brian Koberlein / One Universe ad gangen.
Vores univers udvides. Vi har kendt dette i næsten et århundrede, og moderne observationer understøtter fortsat dette. Vores univers udvides ikke kun, det gør det i en stigende hastighed. Men spørgsmålet er stadig, hvad der driver denne kosmiske ekspansion. Det mest populære svar er, hvad vi kalder mørk energi. Men har vi brug for mørk energi til at redegøre for et ekspanderende univers? Måske ikke.
Ideen om mørk energi kommer fra en egenskab med generel relativitet kendt som den kosmologiske konstant. Den grundlæggende idé om generel relativitet er, at tilstedeværelsen af stof https://briankoberlein.com/2013/09/09/the-attraction-of-curves/. Som et resultat afbøjes lys og stof fra enkle lige stier på en måde, der ligner en tyngdekraft. Den enkleste matematiske model i relativitet beskriver bare denne forbindelse mellem stof og krumning, men det viser sig, at ligningerne også giver mulighed for en ekstra parameter, den kosmologiske konstant, der kan give plads en samlet ekspansionshastighed. Den kosmologiske konstant beskriver de observerede egenskaber ved mørk energi perfekt, og den opstår naturligt i generel relativitet, så det er en rimelig model at vedtage.
I klassisk relativitet betyder tilstedeværelsen af en kosmologisk konstant simpelthen, at kosmisk ekspansion kun er en egenskab ved rumtid. Men vores univers styres også af kvanteteorien, og kvanteverdenen spiller ikke godt med den kosmologiske konstant. En løsning på dette spørgsmål er, at kvante-vakuumenergi muligvis driver den kosmiske ekspansion, men i kvanteteori ville vakuumudsving sandsynligvis gøre den kosmologiske konstant langt større end hvad vi observerer, så det er ikke et meget tilfredsstillende svar.
På trods af mørk energiens uforklarlige mærkelighed, matcher den observationer så godt, at den er blevet en del af konkordansemodellen for kosmologi, også kendt som Lambda-CDM-modellen. Her er det græske bogstav Lambda symbolet for mørk energi, og CDM står for Cold Dark Matter.
I denne model er der en enkel måde at beskrive den samlede form af kosmos, kendt som Friedmann – Lemaître – Robertson – Walker (FLRW) -metrikken. Den eneste fangst er, at dette antager, at sagen er jævnt fordelt over hele universet. I det virkelige univers klumpes stof sammen i klynger af galakser, så FLRW-metrikken er kun en tilnærmelse til universets reelle form. Da mørk energi udgør omkring 70% af universets masse / energi, menes FLRW-metrikken generelt at være en god tilnærmelse. Men hvad hvis det ikke er?
Et nyt papir argumenterer netop for det. Da materie klumper sig sammen, ville pladsen være mere krum i disse regioner. I de store hulrum mellem klyngerne af galakser ville der være mindre rumkrumning. I forhold til de grupperede regioner synes hulrummene at udvide sig på lignende måde som mørke energi. Ved hjælp af denne idé kørte teamet computersimuleringer af et univers ved hjælp af denne klyngeeffekt snarere end mørk energi. De fandt, at den samlede struktur udviklede sig på lignende måde som mørke energimodeller.
Det ser ud til at understøtte ideen om, at mørk energi kan være en effekt af klyngede galakser.
Det er en interessant idé, men der er grunde til at være skeptiske. Selvom en sådan klyngering kan have en vis effekt på den kosmiske ekspansion, ville den ikke være næsten så stærk, som vi observerer. Selvom denne særlige model ser ud til at forklare den skala, hvor galakserne klynges sammen, forklarer den ikke andre effekter, såsom observationer af fjerne supernovaer, der stærkt understøtter mørk energi. Personligt finder jeg ikke denne nye model meget overbevisende, men jeg synes, ideer som denne er bestemt værd at udforske. Hvis modellen kan videreudvikles, kan det være værd at se et andet.
Paper: Gabor Rácz, et al. Konkordanskosmologi uden mørk energi. Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society: Letters DOI: 10.1093 / mnrasl / slx026 (2017)