Badania za pomocą DESI dane ujawniają dynamiczną naturę ciemnej energii, potwierdzając model kwintomu-B i sugerując niestatyczną stałą kosmologiczną.
Zespół badawczy kierowany przez profesora Yi-Fu Cai z Wydziału Astronomii Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Chinach wykorzystał najnowsze dane dotyczące oscylacji akustycznych barionów (BAO) ze spektrometru ciemnej energii (DESI) wraz z wcześniejszymi danymi obserwacyjnymi, aby zrekonstruować ewolucję tła Wszechświata w ramach dynamicznej ciemnej energii, stosując metodę rekonstrukcji Gaussa. Zrekonstruowany parametr równania stanu ciemnej energii wykazuje dynamiczne zachowanie kwintomu-B, które można zrealizować za pomocą zmodyfikowanej teorii grawitacji.
Niedawno opublikowane w czasopiśmie Biuletyn Naukowybadanie to znacząco poszerza naszą wiedzę na temat przyspieszonej ekspansji Wszechświata na jego późniejszych etapach.
Kontekst historyczny i rola DESI
W 1998 obserwacje odległych supernowych typu Ia ujawniły istnienie ciemnej energii, która napędzała przyspieszającą ekspansję Wszechświata, tworząc ostatni element układanki obecnego standardowego Modelu kosmologii. W standardowym modelu kosmologii widoczna materia stanowi zaledwie 5% całkowitej energii Wszechświata; ciemna materia stanowi 27%, a pozostałe 68% to ciemna energia. Fizyczna natura i charakterystyka dynamiczna ciemnej energii to jedna z głównych zagadek fizyki i główne cele naukowe projektu Spektrometr Ciemnej Energii.
Postępy w zrozumieniu ciemnej energii
W kwietniu 2024 roku zespół Dark Energy Spectrometer opublikował wyniki swojego pierwszego roku obserwacji, tworząc największą trójwymiarową mapę Wszechświata zawierającą najdokładniejsze jak dotąd pomiary, mierzącą historię późnej ekspansji Wszechświata za pomocą dokładność ponad 1%, co daje nam najlepszy sposób badania ewolucji wszechświata. Jednocześnie wyniki obserwacji pokazują, że ciemna energia, która dominuje w późnym przyspieszaniu Wszechświata, może nie być stałą kosmologiczną w tradycyjnym sensie, ale może mieć dynamiczną cechę ewolucyjną.
Implikacje teoretyczne i przyszłe kierunki
W oparciu o najnowsze dane z obserwacji DESI w niniejszym badaniu zrekonstruowano ewolucję parametru równania stanu ciemnej energii w czasie, stosując metodę procesu Gaussa, i porównano ją z niektórymi szeroko badanymi zmodyfikowanymi modelami grawitacji. Analiza przeprowadzona w tym badaniu pokazuje, że zrekonstruowany parametr równania stanu potwierdził kwintomowy model ciemnej energii zaproponowany przez zespół badawczy Zhanga Xinmina w 2004 r., praktycznie w „Quintom-B”. W miarę rozszerzania się wszechświata parametr równania stanu ciemnej energii przekroczy -1 z reżimu fantomowego do kwintesencji.
Aby dokładniej omówić, w jaki sposób tę dynamiczną cechę można interpretować za pomocą teorii, w tym badaniu w szczególności uwzględniono trzy różne zmodyfikowane teorie grawitacji jako konkretne przykłady, mianowicie teorie grawitacji f(R), f(T) i f(Q), a także rekonstruowano działanie grawitacyjne . Wynik pokazuje, że pewna zmodyfikowana grawitacja może wykazywać dynamikę kwintomową i skutecznie pasować do najnowszych danych DESI, a we wszystkich przypadkach odchylenie kwadratowe od scenariusza LCDM jest umiarkowanie preferowane.
Choć to, czemu odpowiada ciemna energia, wciąż pozostaje dla nas tajemnicą, najnowsze dane DESI sugerują, że może nie jest to stała kosmologiczna w tradycyjnym sensie. Dlatego bardzo ważne jest badanie dynamicznych właściwości ciemnej energii z fenomenologicznego lub teoretycznego punktu widzenia. Mamy nadzieję, że badanie to odegra rolę w przyciąganiu w przyszłości coraz większej liczby młodych ludzi do udziału w badaniach nad tym podstawowym problemem.
Odniesienie: „Kwintomowa kosmologia i zmodyfikowana grawitacja po DESI 2024” autorstwa Yuhang Yang, Xin Ren, Qingqing Wang, Zhiyu Lu, Dongdong Zhang, Yi-Fu Cai i Emmanuel N. Saridakis, 17 lipca 2024 r., Biuletyn Naukowy.
DOI: 10.1016/j.scib.2024.07.029
