Αυτό το δίλημμα υπάρχει σε μεγάλο βαθμό επειδή οι τρέχουσες κοσμολογικές παρατηρήσεις απλώς διαφωνούν σχετικά με το πώς κατανέμεται η ύλη στο σημερινό σύμπαν.

Κάποια βοήθεια θα μπορούσε να είναι μια νέα προσομοίωση υπολογιστή που παρακολουθεί πώς όλα τα στοιχεία του σύμπαντος —κοινή ύλη, σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια— εξελίσσονται σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής. Τα εντυπωσιακά γραφικά δείχνουν ουσιαστικά γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών, που εκδηλώνονται στο σύμπαν, που τροφοδοτούνται από τον λεγόμενο κοσμικό ιστό . Αυτός ο ιστός είναι η μεγαλύτερη δομή στο σύμπαν, χτισμένος με νήματα που αποτελούνται τόσο από κανονική ύλη, ή βαρυονική ύλη, και από σκοτεινή ύλη .

Σε αντίθεση με τις προηγούμενες προσομοιώσεις που θεωρούσαν μόνο τη σκοτεινή ύλη, η νέα εργασία, που πραγματοποιήθηκε από ένα έργο που ονομάζεται FLAMINGO (συντομογραφία του Full-hydro Προσομοιώσεις δομών μεγάλης κλίμακας με All-sky Mapping για την Ερμηνεία των Παρατηρήσεων Επόμενης Γενιάς), παρακολουθεί επίσης τη συνηθισμένη ύλη.

«Παρόλο που η σκοτεινή ύλη κυριαρχεί στη βαρύτητα, η συμβολή της συνηθισμένης ύλης δεν μπορεί πλέον να παραμεληθεί», δήλωσε ο Joop Schaye, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Leiden στην Ολλανδία και συν-συγγραφέας των τριών νέων μελετών για το έργο FLAMINGO.

Όσον αφορά το πόση ύλη πραγματικά περιέχει το σύμπαν, οι αστρονόμοι λένε ότι οι προσομοιώσεις υπολογιστών όπως αυτή είναι σημαντικοί ανιχνευτές που βοηθούν στον εντοπισμό της αιτίας μιας μεγάλης διαφοράς στην κοσμολογία που ονομάζεται «ένταση S8». Αυτή είναι η συζήτηση για το πώς κατανέμεται η ύλη στον κόσμο.

Τι είναι η ένταση του S8;

Όταν ερευνούν το σύμπαν, οι αστρονόμοι μερικές φορές εργάζονται με αυτό που είναι γνωστό ως παράμετρος S8. Αυτή η παράμετρος βασικά χαρακτηρίζει το πόσο «σβολιασμένη» ή έντονα συσσωρευμένη είναι όλη η ύλη στο σύμπαν μας και μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια με τις γνωστές ως παρατηρήσεις χαμηλής μετατόπισης προς το κόκκινο. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τη μετατόπιση προς το κόκκινο για να μετρήσουν πόσο μακριά είναι ένα αντικείμενο από τη Γη και μελέτες χαμηλής μετατόπισης, όπως “ασθενείς έρευνες βαρυτικού φακού ” μπορούν να φωτίσουν τις διαδικασίες που εκτυλίσσονται στο μακρινό και επομένως παλαιότερο σύμπαν.

Αλλά η τιμή του S8 μπορεί επίσης να προβλεφθεί χρησιμοποιώντας το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας. Οι επιστήμονες μπορούν ουσιαστικά να συντονίσουν το μοντέλο ώστε να ταιριάζει με γνωστές ιδιότητες του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου (CMB), το οποίο είναι η ακτινοβολία που απομένει από τη Μεγάλη Έκρηξη, και να υπολογίσουν από εκεί τον όγκο της ύλης.

Λοιπόν, εδώ είναι το θέμα.

Αυτά τα πειράματα CMB βρίσκουν υψηλότερη τιμή S8 από τις έρευνες ασθενούς βαρυτικού φακού. Και οι κοσμολόγοι δεν ξέρουν γιατί — αποκαλούν αυτή την ασυμφωνία ένταση S8.

Στην πραγματικότητα, η ένταση του S8 είναι μια κρίση που δημιουργείται στην κοσμολογία ελαφρώς διαφορετική από τη διάσημη ξαδέρφη της: την ένταση του Hubble , η οποία αναφέρεται στις ασυνέπειες που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες για τον προσδιορισμό του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος.

Ο λόγος που είναι μεγάλο θέμα που η νέα προσομοίωση της ομάδας δεν προσφέρει απάντηση στην ένταση του S8 είναι, σε αντίθεση με προηγούμενες προσομοιώσεις που εξέταζαν μόνο τις επιπτώσεις της σκοτεινής ύλης σε ένα εξελισσόμενο σύμπαν, η τελευταία εργασία λαμβάνει υπόψη και τα αποτελέσματα της συνηθισμένης ύλης. Σε αντίθεση με τη σκοτεινή ύλη, η συνηθισμένη ύλη διέπεται από τη βαρύτητα καθώς και από την πίεση από το αέριο σε όλο το σύμπαν. Για παράδειγμα, οι γαλαξιακές άνεμοι που οδηγούνται από εκρήξεις σουπερνόβα και που συσσωρεύουν ενεργά υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι κρίσιμες διαδικασίες που αναδιανέμουν τη συνηθισμένη ύλη φυσώντας τα σωματίδια της στο διαγαλαξιακό διάστημα.

Ωστόσο, ακόμη και η θεώρηση της συνηθισμένης ύλης από το νέο έργο καθώς και ορισμένων από τους πιο ακραίους γαλαξιακούς ανέμους δεν ήταν επαρκής για να εξηγήσει την ασθενή συσσώρευση ύλης που παρατηρείται στο σημερινό σύμπαν.

«Εδώ βρίσκομαι χαμένος», είπε ο Schaye στο Space.com. «Μια συναρπαστική πιθανότητα είναι η ένταση να υποδεικνύει ελλείψεις στο τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας ή ακόμα και στο τυπικό μοντέλο της φυσικής».

«Δεν ξέρουμε, τι είναι αυτό που το κάνει τόσο συναρπαστικό», είπε στο Space. com ο Ian McCarthy, θεωρητικός αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο John Moores του Λίβερπουλ στο Ηνωμένο Βασίλειο και συν-συγγραφέας τριών νέων μελετών.

Ωστόσο, οι προσομοιώσεις σε υπολογιστή, όπως αυτές που πραγματοποιεί το FLAMINGO, θα μπορούσαν να μας φέρουν ένα βήμα πιο κοντά. Μπορεί να βοηθήσουν στην αποκάλυψη της αιτίας της έντασης του S8, επειδή ένας μεγάλος, εικονικός χάρτης του σύμπαντος μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό πιθανών σφαλμάτων στις τρέχουσες μετρήσεις μας. Για παράδειγμα, οι αστρονόμοι αποκλείουν σιγά σιγά πιο κοσμικές εξηγήσεις για το θέμα, όπως το γεγονός ότι θα μπορούσε να οφείλεται σε γενικές αβεβαιότητες στις παρατηρήσεις δομών μεγάλης κλίμακας ή σε ένα πρόβλημα με το ίδιο το CMB.

Στην πραγματικότητα, η ομάδα εικάζει, ίσως τα αποτελέσματα της κανονικής ύλης να είναι πολύ ισχυρότερα από ό,τι στις τρέχουσες προσομοιώσεις. Ωστόσο, αυτό φαίνεται απίθανο, καθώς οι προσομοιώσεις συμφωνούν πολύ καλά με τις παρατηρούμενες ιδιότητες των γαλαξιών και των σμηνών γαλαξιών.

«Όλες αυτές οι πιθανότητες είναι εξαιρετικά συναρπαστικές και έχουν σημαντικές επιπτώσεις για τη θεμελιώδη φυσική και την κοσμολογία», είπε ο McCarthy. Η πιο συναρπαστική πιθανότητα, ωστόσο, “είναι ότι το Καθιερωμένο μοντέλο είναι λανθασμένο κατά κάποιο τρόπο.”

Για παράδειγμα, η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να έχει εξωτικές ιδιότητες αλληλεπίδρασης που δεν λαμβάνονται υπόψη στο τυπικό μοντέλο – η τάση του S8 μπορεί να σηματοδοτεί μια κατάρρευση της θεωρίας της βαρύτητας στη μεγαλύτερη κλίμακα, είπε ο McCarthy.

Ωστόσο, ενώ οι πιο πρόσφατες προσομοιώσεις παρακολουθούν τα αποτελέσματα της κανονικής ύλης και των υποατομικών σωματιδίων γνωστών ως νετρίνα – τα οποία και τα δύο είναι σημαντικά για την πραγματοποίηση ακριβών προβλέψεων για το πώς εξελίσσονται οι γαλαξίες σε αιώνες – δεν έλυσαν την τάση του S8.

Ιδού το απόλυτο χτύπημα:

Σε χαμηλές μετατοπίσεις στο κόκκινο, το σύμπαν είναι σημαντικά λιγότερο ογκώδες από ό,τι προβλέπεται από το τυπικό μοντέλο. Ωστόσο, οι μετρήσεις που διερευνούν τις δομές του σύμπαντος μεταξύ του CMB και των μετρήσεων χαμηλής μετατόπισης προς το κόκκινο είναι “πλήρως συνεπείς με τις τυπικές προβλέψεις μοντέλων”, είπε ο McCarthy. «Φαίνεται ότι το σύμπαν συμπεριφέρθηκε όπως αναμενόταν για ένα σημαντικό κλάσμα της κοσμικής ιστορίας, αλλά κάτι άλλαξε αργότερα στην κοσμική ιστορία».

Ίσως το κλειδί για την επίλυση της έντασης του S8 βρίσκεται στην απάντηση στο τι ακριβώς οδήγησε σε αυτήν την αλλαγή.

Αυτή η έρευνα περιγράφεται σε τρεις εργασίες που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

(photo: pixabay)