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Hier Laie mit Affinität für Astronomie, Weltraum und alles, was damit zusammenhängt. Ich bin ein großer Fan der weltraumorientierten Programme auf den Discovery- und Science-Kanälen und habe kürzlich eine Episode gesehen, die mich dazu gebracht hat, über die Ursprünge von Dark Matter (DM) und Dark Energy (DE) nachzudenken. Weiß jemand von euch, ob man sich Gedanken über die Schaffung von DM und DE als Nebenprodukt der Schaffung von Weltraum gemacht hat? So wie ich es verstehe, wenn sich das Universum ausdehnt, erschafft es im Wesentlichen Platz wo vorher nichts war. Ehrlich gesagt weiß ich gar nicht, was das heißt: Schaffen Platz wo vorher nichts war.
Ihre Frage ist ziemlich komplex, da dunkle Materie und dunkle Energie zwei verschiedene Dinge sind, die nur gemeinsam haben, dass sie "dunkel" genannt werden und hypothetische Größen sind. Sie sind hypothetisch, weil wir sie nur als mathematische Größen definiert haben, um physikalische Gesetze, die wir erfunden haben, mit den Beobachtungen zu erfüllen.
Was ist der Ursprung der Dunklen Materie? 1930 beobachtete Fritz Zwicky den Komahaufen. Der Komahaufen ist ein Haufen von Galaxien, die sich aufgrund ihrer Anziehungskraft zueinander bewegen. Zu seiner Überraschung stellte er fest, dass sich die Galaxien in diesem Haufen schneller bewegten, als die Anziehungskraft aufgrund ihrer sichtbaren Masse vorhersagen würde. Da die sichtbare Masse der Galaxien die Bewegung der Galaxien nicht erklären konnte, schlug er vor, dass sich in diesem Haufen noch eine andere, noch unsichtbare Materie befindet, die zur Anziehungskraft beiträgt. Er nannte es "Dunkle Materie" (er war Schweizer) - Dark Matter. Spätere Studien zur Rotation von Galaxien zeigten auch, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Galaxien nicht durch die sichtbare Materie in diesen Galaxien erklärt werden konnte, sodass eine andere dunkle Materie vorhanden sein musste, um die Anomalie zu erklären.
Nach dem Hinzufügen der hypothetischen Dunklen Materie in die Naturgesetze ließen sich viele Dinge auf theoretischer Ebene erklären. Die Bildung von Galaxienhaufen im gegenwärtig beobachtbaren Universum und die Schwankungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds könnten mit Dunkler Materie erklärt werden. Die Theorie hier bringt die bestehenden physikalischen Gesetze in Übereinstimmung mit der aktuellen Beobachtung. Das Problem ist, dass die Existenz von Dunkler Materie in Experimenten noch nicht nachgewiesen wurde. Es wurde nicht beobachtet und es gibt viele Theorien darüber, was diese dunkle Materie sein könnte.
Dark Energy hat eine andere Geschichte, die zu einer ähnlichen Sache führt. Als Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie aufstellte, fügte er in seine Feldgleichungen eine kosmologische Konstante, Lambda, ein, um auf der Grundlage seiner Gleichungen zu einem statischen Universum zu gelangen. Er ging davon aus, dass die Konstante null ist und kommt daher zu einem statischen Universum. Eine negative Konstante würde bedeuten, dass das Universum schrumpft und eine positive Konstante würde bedeuten, dass sich das Universum ausdehnt.
Leider zeigte Hubble, dass das Universum nicht statisch ist, sondern sich ausdehnt, und in den 1990er Jahren zeigten Messungen, dass sich diese Expansion beschleunigte. Nun war die kosmologische Konstante nicht Null und es musste eine Erklärung dafür gefunden werden, warum sich das Universum immer schneller ausdehnt. Für diese Expansion wird eine Energie benötigt, die der Anziehungskraft der (dunklen) Materie im Universum entgegenwirkt und mit jeder Expansion dieses Universums zunimmt. Spätere Beobachtungen einer Supernova im Jahr 1998 und die Boomerang- und Maxima-Experimente zum kosmischen Mikrowellenhintergrund lieferten starke Beweise für die Existenz dunkler Energie. Dies ist dann der Fall, wenn wir glauben, dass das Standardmodell der Kosmologie richtig ist.
Das Problem mit dunkler Energie ist, dass in den meisten Fällen die Gesetze der Kosmologie richtig sind und das Universum erklären. Das bedeutet, dass dunkle Energie real sein muss oder die kosmologischen Gesetze geändert werden müssen. Derzeit geht die Suche nach dunkler Energie weiter. Die Definition der Dunklen Energie in den Modellen erklärt die Expansion des Universums und auch die schnelle Expansion während der frühen Jahre des Universums. Dunkle Energie ist jedoch eine hypothetische Größe und wurde noch nicht beobachtet.
Ich hoffe, dies gab Ihnen eine kurze Geschichte darüber, wie dunkle Materie und dunkle Energie in die Astrophysik gelangt sind. Verwechsle es nicht mit der dunklen Macht. Das ist nicht einmal hypothetisch und existiert nur in bestimmten Filmen.
Dark Energy ist genau das (nach vielen Theorien) Wikipedia hat eine anständige Erklärung. Jeder Kubikmeter Raum enthält die gleiche Menge an dunkler Energie und das ändert sich auch nicht, wenn sich der Raum im Laufe der Zeit ausdehnt oder zusammenzieht.
Dunkle Materie ist etwas ganz anderes. Soweit wir das beurteilen können, verhält es sich ziemlich wie gewöhnliche Materie, außer dass es frei durch andere Materie und sich selbst hindurchgeht und nicht mit elektromagnetischer Strahlung wechselwirkt. Es bewegt sich unter dem Einfluss der Schwerkraft und wird verdünnter, wenn sich der Raum ausdehnt.
Dunkle Materie, Dunkle Energie und Schwarze Löcher
Aufgrund des von SDSS verfolgten Ansatzes hat das Projekt große Auswirkungen auf Studien der dunklen Materie im Universum, der dunklen Energie im Universum, der hierarchischen Struktur des Universums, supermassereicher Schwarzer Löcher sowie der Natur und Verteilung von Sternen und stars Galaxien. In den letzten drei Bereichen erwarteten wir Fortschritte, haben uns aber nicht das Ausmaß der Auswirkungen dieser Studien auf die Astronomie vorgestellt. In den anderen Fällen von Dunkler Materie und Dunkler Energie war der Einschlag sehr groß und wurde nicht erwartet.
3D-Karte des Universums unterstützt die Hülle für Dunkle Energie und Dunkle Materie: Das SDSS besteht aus zwei separaten Durchmusterungen in einem: Galaxien werden in 2D-Bildern identifiziert (rechts), dann wird ihre Entfernung aus ihrem Spektrum bestimmt, um eine 2 Milliarden Lichtjahre tiefe 3D-Karte (links) zu erstellen, auf der jede Galaxie als einzelner Punkt dargestellt wird Farbe, die die Leuchtkraft repräsentiert - dies zeigt nur die 66.976 unserer 205.443 Galaxien auf der Karte, die in der Nähe der Ebene des Erdäquators liegen.
Quelle: Sloan Digital Sky Survey
Das Ergebnis, auf das ich besonders stolz bin, ist, dass SDSS die am weitesten entfernten supermassereichen Schwarzen Löcher im Universum entdeckt hat. Dies war definitiv ein ursprüngliches Ziel, aber es führte zu zwei Entdeckungen, die wir nicht anstrebten. Da diese Objekte so weit entfernt sind, können wir eine Ära des Universums untersuchen, in der das kalte Gas, das vom Urknall übrig geblieben ist, in das heiße Gas übergeht, das wir heute zwischen den Galaxien sehen. Dies ist heute als Übergang zwischen dem kosmologischen Dunklen Zeitalter (der Zeit vor den Sternen) und der Zeit bekannt, in der Sterne und Quasare die kalte Materie reionisierten. Wir konnten dieses Ereignis lokalisieren, denn als wir weiter und weiter wegschauten, konnten wir immer mehr neutralen Wasserstoff sehen, aus dem das kalte Gas besteht.
Der kosmische Maßstab: Eine Karte der Galaxien in einem Teil des Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Unten ist die Position der Erde, dargestellt durch ein Bild des SDSS-Teleskops am Apache Point Observatory in New Mexico. Jeder Punkt markiert die Position einer Galaxie, wie im Beispiel links. In den ersten Millionen Jahren nach dem Urknall werden Schallwellen in das kosmische Gas getrieben (rechts unten). SDSS-Forscher haben Galaxien kartiert, um die Überreste dieser Wellen zu entdecken. Das Bullseye zeigt das heutige Ausmaß der Schallwellen, der Abdruck ist jedoch zu subtil, um mit dem Auge zu sehen.
Quelle: Eisenstein, Sloan Digital Sky Survey
Ein weiteres frühes und überraschendes Ergebnis war die Entdeckung, dass wir Verzerrungen in Form von fernen Galaxien sehen konnten, die durch die Gravitationslinsenbildung von Vordergrundgalaxien verursacht wurden. Diese Entdeckung hat zu einer Explosion von Studien zur detaillierten Verteilung der Dunklen Materie im Universum geführt, die von vielen modernen Untersuchungen verfolgt wird.
Dunkle Materie, Dunkle Energie, Leben und das fünfte Element
Antikes Griechenland und das fünfte Element
Die alten Griechen hatten Worte dafür – das „Fünfte Element“ oder „Quintessenz“, ein unsichtbares Material, das unbesetzten Raum in unserem Universum füllt.
Quintessenz und Dunkle Energie
Quintessenz ist mit zeitveränderlicher „dunkler Energie“ verbunden, die die gemessene beschleunigte Expansion des Universums vorantreibt.
Die kosmologische Konstante und die Dunkle Energie
Quintessence steht einer „kosmologischen Konstante“ gegenüber. Leider liefert die Quantenelektrodynamik einen Wert, der das 10120-fache des kosmischen Mikrowellenhintergrundwerts (CMB) beträgt.
Beweise für Quintessenz
Im November 2020 berichteten Kosmologen, dass sie eine vorläufige CMB-Signatur der Quintessenz identifiziert haben.
Quintessenzielle Wasser-Nanocluster aus kosmischem Staub
Zufälligerweise hörte Dr. Keith Johnson, emeritierter MIT-Professor, im November 2020 aus dem „International Journal of Astrobiology“, dass sein Papier, „Kosmologie, Astrobiologie und die RNA-Welt: Fügen Sie einfach das Quintessenzwasser hinzu“ zur Veröffentlichung angenommen worden war. Dort schlägt er vor, dass kosmische Wasser-Nanocluster, die aus reichlich eisbeschichtetem kosmischem Staub ausgestoßen werden, ein „Quintessenz-Skalarfeld“ darstellen.
Quintessenz Wasser als Dunkle Materie
Wesentliche kosmische Wasser-Nanocluster bilden „baryonische dunkle Materie“. Nicht-baryonische Dunkle Materie wie WIMPS und AXIONS sind nicht ausgeschlossen, obwohl sie nach dreißig Jahren Experiment nicht gefunden wurden.
Quintessenzielles Wasser und dunkle Energie Kosmische Wasser-Nanocluster können die virtuellen Photonen von Nullpunktsenergie-Vakuumfluktuationen oberhalb der Cluster-Grenzfrequenz einfangen. 
Nur Vakuumfluktuationen unter 1,7 THz sind gravitativ aktiv, was zu einem gemeinsamen Ursprung von Dunkler Materie und Dunkler Energie in den richtigen Größenordnungen führt.
Ein zyklisches Universum versus das inflationäre Multiversum
Dr. Johnsons Papier schlägt eine Single vor „zyklisch“ Universumskosmologie anstelle des populären „Multiversums“, das aus der inflationären Kosmologie abgeleitet wurde.
Quintessenz und Astrobiologie
Die Quantenchemie von Wasser-Nanoclustern, die mit präbiotischen organischen Molekülen, Aminosäuren und RNA-Protozellen interagieren, zeigt, dass es überall im Universum reichlich Leben geben sollte, wo immer Wasser vorhanden ist.
Die Schlüsselfrequenz für das Leben
Dr. Johnson stellt fest, dass die Wasser-Nanocluster-Schwingungen, die für die Kopplung mit präbiotischen Molekülen entscheidend sind, den Dunkelenergiedichtewert. Er kommt zu dem Schluss, dass wir zum idealen Zeitpunkt im expandierenden Universum leben, damit Leben existieren kann.
Das anthropische Prinzip
Von der Quantenastrochemie der typisch kosmischen Wasser-Nanocluster, die mit präbiotischen organischen Molekülen, Aminosäuren und RNA-Protozellen auf der frühen Erde und bewohnbaren Exoplaneten interagieren, stimmt Dr. Johnsons Szenario mit den anthropisches Prinzip dass unser Universum ein Biosystem ist und über die Eigenschaften verfügt, die es dem Leben ermöglichen, –, wie wir es kennen, basierend auf Wasser – sich im gegenwärtigen Stadium seiner Geschichte zu entwickeln.
"Leben imitiert Kunst"
Professor Johnson weist darauf hin, dass die Idee, dass kosmische Wasser-Nanocluster eine Form dunkler Materie sein könnten, ein wichtiges Handlungselement in einem Science-Fiction-Spielfilm war. „Die Symmetrie brechen“ vor zwanzig Jahren schrieb, produzierte und inszenierte er am MIT. Die Hauptfigur des Films ist eine junge Astrophysikerin, die sich mit Dunkler Materie beschäftigt. Der Film ist zu sehen auf: Youtube.com
Veröffentlicht in Internationale Zeitschrift für Astrobiologie, Januar 2021 und kann bis zum 1. März 2021 kostenlos gelesen werden
Ein dunkles Geheimnis
Quelle: NASA, ESA, M. J. Jee und H. Ford et al. (Johns Hopkins Univ.)
Die Existenz von Dunkler Materie wurde erstmals in den 1930er Jahren von dem schweizerisch-amerikanischen Astronomen Fritz Zwicky vermutet, als er bemerkte, dass sich Galaxien in Haufen schneller bewegten, als sie sollten, wenn die Materie im Haufen nur die Materie wäre, die glänzte (und daher für unsere Teleskope). Die Dinge entwickelten sich schneller, nachdem die amerikanische Astronomin Vera Rubin und ihre Mitarbeiter in den späten 1970er Jahren bemerkten, dass Sterne in Galaxien schneller rotierten, als sie sollten, wenn die Materie in ihnen wiederum nur die Materie war, die glänzte. Eine intensive Suche nach Dunkler Materie – so genannt, weil wir sie nicht sehen können – wurde in den letzten vier Jahrzehnten oder so fortgesetzt, immer noch mit negativen Ergebnissen. Das Verblüffende daran ist, dass wir ihre Auswirkungen ganz klar sehen, wenn wir Objekte im Raum betrachten. Mit Masse (und damit Anziehungskraft) beeinflusst es das, was wir sehen können. Aber Bemühungen, Teilchen dunkler Materie zu sammeln, waren bisher erfolglos, eine etwas stressige Spannung zwischen astronomischen Beobachtungen und fundamentaler Theorie.
Die dunkle Energie wurde 1998 entdeckt und ist noch mysteriöser und schwer fassbarer. Wir wissen, dass es nicht aus Partikeln oder kleineren Brocken materiellen Materials besteht, da dunkle Materie wahrscheinlich eine ätherische Substanz zu sein scheint, die den gesamten Kosmos mit der bizarren Eigenschaft durchdringt, den Weltraum schneller auszudehnen als erwartet. Wir können es uns nicht als lokalisiertes Ding vorstellen, sondern eher als verteiltes Ding, wie Luft in der Atmosphäre (irgendwie).
Die Kandidaten für dunkle Energie sind alle ziemlich seltsam. Ein Kandidat besteht aus Quantenfluktuationen der Energie im leeren Raum, die sich als Teilchen materialisieren, die in die Existenz ein- und ausbrechen, die Energie des Vakuums selbst. Oder es könnte eine mysteriöse Eigenschaft des Weltraums selbst sein, etwas, das Einstein erfunden hat, um sein 1917 gescheitertes Modell eines statischen Universums zu retten, das heute als "kosmologische Konstante" bezeichnet wird. Höchstwahrscheinlich, wenn dies dunkle Energie ist, ist es nur eine Annäherung für etwas viel Komplexeres und Subtileres, das für uns nur jetzt konstant aussieht. Oder vielleicht ist dunkle Energie eine unbekannte Art von Substanz, die als durchscheinendes Feld modelliert wird, das den gesamten Raum durchdringt und von Kosmologen liebevoll "Quintessenz" genannt wird und die Substanz widerspiegelt, die Aristoteles vorgeschlagen hat, um Himmelsobjekte zu bilden und den Himmel zu füllen.
Das einzige große Problem bei allen Alternativen zu Dunkler Materie und Dunkler Energie
Ein genauer Blick auf das Universum zeigt, dass es aus Materie besteht und nicht aus Antimaterie, dieser dunklen . [+] Materie und dunkle Energie sind erforderlich und wir wissen nicht, woher diese Mysterien stammen. Die Fluktuationen im CMB, die Entstehung und Korrelationen zwischen großräumigen Strukturen und moderne Beobachtungen des Gravitationslinseneffekts weisen jedoch alle auf das gleiche Bild hin.
CHRIS BLAKE UND SAM MOORFIELD
Egal wie sehr wir versuchen, es zu verbergen, es gibt ein enormes Problem, das uns allen ins Gesicht starrt, wenn es um das Universum geht. Wenn wir nur drei Dinge verstanden haben:
- die Gesetze, die das Universum regieren,
- die Komponenten, aus denen das Universum besteht,
- und die Bedingungen, mit denen das Universum begann,
wir könnten das Bemerkenswerteste von allen tun. Wir könnten ein Gleichungssystem aufschreiben, das mit einem ausreichend leistungsfähigen Computer beschreiben würde, wie sich das Universum im Laufe der Zeit entwickelt hat, um sich von diesen Anfangsbedingungen in das Universum zu verwandeln, das wir heute sehen.
Jedes einzelne Ereignis, das sich in unserer kosmischen Geschichte ereignet hat – bis an die Grenzen des klassischen Chaos und des Quantenindeterminismus – konnte im Detail bekannt und beschrieben werden, von den einzelnen Wechselwirkungen zwischen Quantenteilchen bis hin zu den größten kosmischen Skalen überhaupt. Das Problem, dem wir gegenüberstehen, wenn wir genau das tun, ist, dass trotz allem, was wir über das Universum wissen, das, was wir vorhersagen und was wir beobachten, nicht ganz zusammenpasst, es sei denn, wir fügen mindestens zwei mysteriöse Zutaten hinzu: eine Art dunkle Materie und eine Art dunkle Energie. Es ist ein bemerkenswertes Rätsel, mit dem jeder Astrophysiker rechnen muss. Während viele es lieben, Alternativen vorzustellen, sind sie alle noch schlimmer als die unbefriedigende Lösung von dunkler Materie und Energie. Hier ist die Wissenschaft, warum.
Ein nahezu perfekter Ring aus dem Gravitationslinseneffekt der Vordergrundmasse. Diese Einstein. [+] Ringe, einst nur eine theoretische Vorhersage, wurden heute in vielen verschiedenen Linsensystemen in verschiedenen Perfektionsgraden gesehen. Diese "Hufeisen"-Form ist üblich, wenn die Ausrichtung fast perfekt ist, aber nicht ganz.
Es gibt eine ganze Reihe von Messungen, die wir machen können, die dazu beigetragen haben, die Natur des Universums zu enthüllen. Wir haben die Umlaufbahnen der Planeten und die Ablenkung des Lichts aufgrund der Anwesenheit von Masse gemessen, was gezeigt hat, dass Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie und nicht Newtons universelle Gravitationsgesetze unsere Realität am besten beschreiben. Wir haben das Verhalten von subatomaren Teilchen, Antiteilchen und Photonen aufgedeckt und die Quantenkräfte und Felder enthüllt, die unser Universum regieren. Wenn wir simulieren wollen, wie sich das Universum im Laufe der Zeit entwickelt hat, müssen wir die bekannten, nachweislich richtigen Gesetze auf den von uns getesteten Skalen auf den Kosmos als Ganzes anwenden.
Es gibt nur einen anderen Planeten in unserer Galaxie, der erdähnlich sein könnte, sagen Wissenschaftler
29 intelligente außerirdische Zivilisationen haben uns möglicherweise bereits entdeckt, sagen Wissenschaftler
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Wir konnten auch eine ganze Reihe von Eigenschaften aller Objekte messen, die wir im gesamten Universum beobachten können. Wir haben gelernt, wie Sterne leuchten und Licht emittieren, und können viel über einen Stern sagen – wie massiv, heiß, leuchtend, alt, reich an schweren Elementen usw. – nur wenn wir sein Licht richtig betrachten. Darüber hinaus wurden viele andere Formen von Materie wie Planeten, stellare Leichen, gescheiterte Sterne, Gas, Staub, Plasma und sogar Schwarze Löcher identifiziert.
Dieses Bild der Galaxie NGC 1275, aufgenommen von Hubble, zeigt die helle und aktive Röntgenstrahlung der Galaxie. [+] emittierende Galaxie im Zentrum des Perseus-Clusters. Man sieht ionisierte Gasfilamente, einen zentralen Kern und eine komplexe Struktur, und wir können auf das Vorhandensein von a . schließen
Milliarden Sonnenmasse Schwarzes Loch im Zentrum. Hier gibt es viel normale Materie, aber auch etwas mehr als nur normale Materie allein.
NASA, ESA, Hubble-Erbe (STScI/AURA)
Wir sind auf dem besten Weg, eine Art „kosmischer Zensus“ durchzuführen, bei dem wir die gesamte Materie und Energie des Universums und dessen Bestandteile zusammenzählen können. Neben Materie haben wir Antimaterie in kleinen Mengen identifiziert. Es gibt keine Sterne oder Galaxien da draußen in unserem sichtbaren Universum, die aus Antimaterie statt aus normaler Materie bestehen, aber es gibt Jets aus Antimaterie, die von hochenergetischen natürlichen Triebwerken wie Schwarzen Löchern und Neutronensternen wegströmen. Es gibt auch Neutrinos, die durch das Universum rasen, von winziger Masse, aber enormer Zahl, die während des heißen Urknalls und auch durch Kernprozesse in Sternen und stellaren Kataklysmen erzeugt werden.
Das Problem ist natürlich, dass, wenn wir alle Zutaten, die wir direkt gemessen haben, die Gleichungen, die das Universum regieren, auf den Kosmos als Ganzes anwenden und versuchen, alles zusammenzusetzen, es passt nicht. Die Gesetze, die wir kennen, und die Zutaten, die wir direkt entdeckt haben, können zusammengenommen das Universum nicht erklären, wie wir es sehen. Insbesondere gibt es einige Beobachtungen, die sich scheinbar gegenseitig ausschließen, wenn wir die Nullhypothese untersuchen wollen: dass alles, was wir sehen und was wir wissen, existiert.
Eine Galaxie, die allein von normaler Materie (L) beherrscht wird, würde in . [+] in die Außenbezirke als in Richtung Zentrum, ähnlich wie sich Planeten im Sonnensystem bewegen. Beobachtungen deuten jedoch darauf hin, dass die Rotationsgeschwindigkeiten weitgehend unabhängig vom Radius (R) vom galaktischen Zentrum sind, was zu der Schlussfolgerung führt, dass eine große Menge unsichtbarer oder dunkler Materie vorhanden sein muss.
WIKIMEDIA COMMONS-BENUTZER INGO BERG/FORBES/E. SIEGEL
Sie haben schon einmal von Dunkler Materie gehört, und der Grund, warum Sie wahrscheinlich gehört haben, dass wir sie brauchen, ist, dass "es nicht genug normale Materie gibt, um alle Auswirkungen der Schwerkraft zu berücksichtigen, die wir sehen." Die häufigste Frage, die sich Astrophysiker dazu stellen, lautet: „Nun, was ist, wenn es einfach mehr normale Materie gibt als die Arten von Materie, die wir gut aufspüren können? Was ist, wenn ‚dunkle Materie‘ nur normalere Materie ist, die zufällig dunkel ist?“
Das Problem mit dieser Idee ist, dass wir – aus Beobachtungen, die wir bereits haben – wissen, wie viel normale Materie in Summe existiert im sichtbaren Universum. In der Vergangenheit war das Universum heißer und dichter, und wenn die Dinge heiß und dicht genug waren, konnten nur noch freie Protonen und Neutronen existieren. Wenn sie versuchten, sich zu einer Kombination schwererer Kerne zusammenzuschließen, war das Universum so energiegeladen, dass sie sofort auseinander gesprengt würden. Die leichtesten Elemente, die es gibt:
- Wasserstoff (1 Proton),
- Deuterium (1 Proton und 1 Neutron),
- Helium-3 (2 Protonen und 1 Neutron),
- Helium-4 (2 Protonen und 2 Neutronen),
- und Lithium-7 (3 Protonen und 4 Neutronen)
wurden alle in den ersten 3-4 Minuten des Universums geschaffen und bilden sich erst, nachdem das Universum ausreichend abgekühlt ist, damit sie nicht sofort zerstört werden.
Entfernte Lichtquellen – von Galaxien, Quasaren und sogar dem kosmischen Mikrowellenhintergrund – müssen . [+] durch Gaswolken hindurchgehen. Die Absorptionsmerkmale, die wir sehen, ermöglichen es uns, viele Merkmale der dazwischenliegenden Gaswolken zu messen, einschließlich der Häufigkeiten der Lichtelemente im Inneren.
Bemerkenswert ist, dass wir aufgrund des guten Verständnisses der physikalischen Gesetze, die die Teilchen (und die Kernfusion) bestimmen, genau berechnen können – vorausgesetzt, das Universum war einmal heißer, dichter und von diesem Zustand aus expandiert und abgekühlt – was die verschiedenen Verhältnisse sind dieser verschiedenen Lichtelemente sein sollten. Wir haben die Reaktionen sogar direkt im Labor untersucht, und die Dinge verhalten sich genau so, wie es unsere Theorie vorhersagt. Der einzige Faktor, den wir variieren, ist das Verhältnis von Photonen zu Baryonen, das uns sagt, wie viele kosmische Photonen (Lichtteilchen) für jedes Proton oder Neutron (die Baryonen) in unserem Universum vorhanden sind.
Wir haben jetzt alles gemessen. Satelliten wie COBE, WMAP und Planck haben gemessen, wie viele Photonen es im Universum gibt: 411 pro Kubikzentimeter Raum. Zwischen uns und einer entfernten Lichtquelle erscheinende Gaswolken, wie eine leuchtende Galaxie oder ein Quasar, absorbieren einen Bruchteil des Lichts, während es durch das Universum wandert, und lehren uns direkt die Fülle dieser Elemente und Isotope. Wenn wir alles zusammenzählen, nur
5% der Gesamtenergie im Universum können normale Materie sein: nicht mehr und nicht weniger.
Die vorhergesagten Häufigkeiten von Helium-4, Deuterium, Helium-3 und Lithium-7, wie sie von Big Bang vorhergesagt wurden. [+] Nukleosynthese, mit Beobachtungen in den roten Kreisen. Dies entspricht einem Universum, in dem
4-5% der kritischen Dichte liegt in Form von normaler Materie vor. Mit einem anderen
25-28% in Form von Dunkler Materie, nur etwa 15% der gesamten Materie im Universum können normal sein, mit 85% in Form von Dunkler Materie.
Es gibt alle möglichen Beobachtungen, zusätzlich zu den hier erwähnten, die wir berücksichtigen müssen. Ein universelles Naturgesetz nützt nichts, wenn es nur unter bestimmten ausgewählten Bedingungen funktioniert. Sie müssen in der Lage sein, eine Vielzahl von kosmischen Phänomenen zu erklären, wenn Sie wollen, dass Ihre vorgeschlagene Kosmologie ernst genommen wird. Sie müssen erklären:
- das kosmische Strukturnetz, das wir in unserem Universum sehen und wie es sich gebildet hat,
- die Größe, Masse und Stabilität einzelner Galaxien,
- die Geschwindigkeiten von Galaxien, die in Galaxienhaufen herumwirbeln,
- die in die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung eingeprägten Temperaturschwankungen: das übrig gebliebene Glühen des Urknalls,
- der Gravitationslinseneffekt, der um Galaxienhaufen herum beobachtet wird, sowohl isolierende als auch kollidierende Galaxienhaufen,
- und wie sich die Expansionsrate des Universums im Laufe der Zeit genau so ändert, wie wir sie beobachtet haben.
Es gibt viele andere Beobachtungen, die wir in diese Auswahl einbeziehen können, aber diese wurden aus einem bestimmten Grund ausgewählt: In einem Universum, das nur aus normaler Materie, Strahlung und Neutrinos in ihrer beobachteten Menge besteht, können wir keine dieser Beobachtungen erklären. Um das Universum, das wir sehen, zu erklären, ist etwas Zusätzliches erforderlich.
Vier kollidierende Galaxienhaufen, die die Trennung zwischen Röntgenstrahlen (rosa) und Gravitation (blau) zeigen. [+] weist auf dunkle Materie hin. Auf großen Skalen ist kalte dunkle Materie notwendig, und keine Alternative oder kein Ersatz ist ausreichend. Die Kartierung des heißen Gases, das das Röntgenlicht erzeugt (rosa), ist jedoch nicht unbedingt ein sehr guter Hinweis darauf, wo sich die Gesamtmasse befindet, wie die Verteilung der dunklen Materie (blau) anzeigt.
Röntgen: NASA/CXC/UVic./A.Mahdavi et al. Optik/Linse: CFHT/UVic./A. Mahdaviet al. (oben links) Röntgen: NASA/CXC/UCDavis/W.Dawson et al. Optisch: NASA/STScI/UCDavis/W.Dawson et al. (oben rechts) ESA/XMM-Newton/F. Gastaldello (INAF/ IASF, Mailand, Italien)/CFHTLS (unten links) Röntgen: NASA, ESA, CXC, M. Bradac (University of California, Santa Barbara) und S. Allen (Stanford University) (unten rechts)
Im Prinzip könnten Sie sich vorstellen, dass nur ein neuer Tweak für alles verantwortlich ist. Dass wir vielleicht, wenn wir schlau genug wären, einfach eine neue Zutat hinzufügen oder eine Änderung an unseren Regeln vornehmen könnten, die all diese Beobachtungen zusammen erklären würde. Das war übrigens die ursprüngliche Idee der Dunklen Materie, wie sie erstmals in den 1930er Jahren von Fritz Zwicky vorgeschlagen wurde. Er war der erste, der die Geschwindigkeiten von Galaxien gemessen hat, die innerhalb von Galaxienhaufen herumschwirren, und stellte fest, dass es so etwas geben musste wie
100-mal so viel Masse, wie die Sterne ausmachen könnten. Er stellte die Hypothese auf, dass eine neue Zutat – dunkle Materie – für all das verantwortlich sein könnte.
Aus Beobachtungen und Experimenten wissen wir, dass aus keinem der bekannten Teilchen, die im Standardmodell der Physik existieren, dunkle Materie hergestellt werden kann. Wir haben gelernt, dass Dunkle Materie nicht heiß oder schnell sein kann, auch wenn sie schon früh entweder ziemlich massiv sein muss oder ohne viel kinetische Energie geboren worden sein muss. Wir haben gelernt, dass es durch die starke oder elektromagnetische oder schwache Kraft nicht in nennenswerter Weise interagieren kann. Und wir haben gelernt, dass fast alle Beobachtungen übereinstimmen, wenn wir diese eine Zutat der kalten dunklen Materie zum Universum hinzufügen.
Dieser Ausschnitt aus einer Strukturbildungssimulation, bei der die Expansion des Universums skaliert wurde, . [+] steht für Milliarden von Jahren Gravitationswachstum in einem Universum, das reich an dunkler Materie ist. Beachten Sie, dass Filamente und reiche Cluster, die sich an der Kreuzung von Filamenten bilden, hauptsächlich durch dunkle Materie entstehen, normale Materie spielt nur eine untergeordnete Rolle.
Ralf Kähler und Tom Abel (KIPAC)/Oliver Hahn
Allein mit Dunkler Materie können wir viele der Beobachtungen erklären, die wir ohne sie nicht erklären können. Wir bekommen ein kosmisches Netz wir bekommen Sternhaufen, die zu kleinen Galaxien verschmelzen, die zu großen Galaxien wachsen und schließlich Galaxienhaufen wir bekommen schnell bewegte Galaxien innerhalb dieser Haufen wir bekommen eine Trennung zwischen heißem Gas und den Auswirkungen der Schwerkraft, wenn Galaxienhaufen kollidieren wir Wenn wir Galaxien bekommen, die außen genauso schnell rotieren wie innen, bekommen wir einen signifikanten Gravitationslinseneffekt. In Übereinstimmung mit Beobachtungen erhalten wir Temperaturschwankungen, die mit dem kosmischen Mikrowellenhintergrund übereinstimmen und die Wahrscheinlichkeit erklären, eine Galaxie in einer bestimmten Entfernung zu finden jede andere Galaxie.
Aber wir verstehen nicht alles. Dunkle Materie ist das einzige zusätzliche „Ding“, das wir hinzufügen können – und es stellt sich heraus, dass es eher eine Zutat als eine Modifikation ist – um die meisten dieser Probleme auf einmal zu lösen, aber sie gibt uns nicht alles. Es löst nicht das (größere) Problem der Expansionsrate und es erklärt nicht das (kleinere) Rätsel, warum das Universum räumlich flach ist, obwohl es normale Materie um ein Verhältnis von 5 zu 1 übertrifft. Irgendwie werden nicht volle 2/3 der Gesamtenergie des Universums berücksichtigt.
Die verschiedenen möglichen Schicksale des Universums, wobei unser aktuelles, sich beschleunigendes Schicksal rechts dargestellt ist. . [+] Nach genügend Zeit wird die Beschleunigung jede gebundene galaktische oder supergalaktische Struktur vollständig im Universum isoliert lassen, da alle anderen Strukturen unwiderruflich wegbeschleunigen. Wir können nur in die Vergangenheit blicken, um auf die Anwesenheit und Eigenschaften der dunklen Energie zu schließen, die mindestens eine Konstante erfordern, aber ihre Auswirkungen sind für die Zukunft größer.
Dunkle Energie ist natürlich die zweite zusätzliche Zutat, die wir hinzufügen können, um die restlichen Beobachtungen zu erklären. Es fungiert als eine dem Raum selbst innewohnende Energieform, die erst wichtig wird, wenn sich das Universum ausgedehnt hat, um verdünnt und diffus genug zu werden. Es macht heute den Großteil der Energie des Universums aus, nachdem es zunächst unwichtig war
7+ Milliarden Jahre. Und es bewirkt, dass weit entfernte Galaxien eher beschleunigen als verlangsamen, wenn sie sich im expandierenden Universum von uns entfernen.
Es gibt keine einzige Modifikation, die alle diese Beobachtungen zusammen erklärt. Tatsächlich wird jede andere einzelne Modifikation, die Sie vornehmen können – entweder durch Ändern der Gesetze oder Hinzufügen einer neuen Zutat – weniger dieser Probleme lösen als dunkle Materie oder dunkle Energie. Die meisten konkurrierenden Ideen da draußen, wie zum Beispiel:
- die Gesetze der Schwerkraft ändern,
- dunkle Energie ein dynamisches Feld oder eine Entität zu haben, die sich mit der Zeit entwickelt,
- oder die Erfindung einer Art zerfallender dunkler Materie oder früher dunkler Energie,
einen (oder beide) von zwei fatalen Fehlern haben. Entweder erfordern sie mehr als die beiden neuen Parameter, die durch Dunkle Materie und Dunkle Energie hinzugefügt werden, oder sie lösen nicht alle Probleme, die das Hinzufügen von Dunkler Materie und Dunkler Energie löst.
Der Eindruck dieses Künstlers zeigt kleinräumige Konzentrationen dunkler Materie im Galaxienhaufen . [+] MACSJ 1206. Astronomen haben die von diesem Haufen verursachte Gravitationslinsenbildung gemessen, um eine detaillierte Karte der Verteilung der dunklen Materie darin zu erstellen. Es muss eine kleine Unterstruktur der Dunklen Materie vorhanden sein, um diese Beobachtungen zu erklären.
In der Wissenschaft verwenden die meisten Menschen irrtümlicherweise das Rasiermesser von Occam – die Vorstellung, dass die einfachste Erklärung bei der Wahl zwischen den Erklärungen normalerweise die beste ist. Es ist nicht einfacher, die Schwerkraft zu modifizieren, als dunkle Materie und dunkle Energie hinzuzufügen, nicht wenn diese Modifikation zwei oder mehr zusätzliche Parameter erfordert. Es ist nicht einfacher, eine Art dunkle Energie einzuführen, die alles andere als eine kosmologische Konstante ist. Letztere ist die „vanilleste“ Klasse von dunkler Energie, die es gibt, und sie funktioniert für alles. Stattdessen müssten Sie so etwas wie eine Erklärung erfinden, die nur eine neue Entität einführt und sowohl dunkle Materie als auch dunkle Energie zusammen ersetzt.
So beunruhigend es auch ist, dunkle Materie und dunkle Energie sind die einfachste Erklärung. Eine dunkle flüssige Idee selbst erfordert mehrere freie Parameter. Der neue relativistische MOND, der Anfang dieses Jahres eingeführt wurde, oder die alte Tensor-Vektor-Skalar-Gravitation von Bekenstein fügt nicht nur mindestens so viele Parameter wie Dunkle Materie und Dunkle Energie hinzu, sondern kann Galaxienhaufen immer noch nicht erklären. Das Problem ist nicht, dass dunkle Materie und dunkle Energie einfach stimmen müssen. Alle anderen Ideen sind objektiv schlechter. Was auch immer wirklich mit unserem Universum vor sich geht, wir sind es uns selbst schuldig, die Untersuchung fortzusetzen. Nur so werden wir jemals wissen, wie die Natur wirklich funktioniert, einfach oder nicht.
Fakten über Dunkle Materie und Dunkle Energie
1. Vieles ist unsichtbar
Das sichtbare Universum besteht aus normalen Dingen wie Wolken, Planeten, Sternen, Nebeln, Galaxien, und diese alle bestehen aus Atomen. Aber diese alle enthalten nur 5% des gesamten Universums. Der Rest des Universums ist unsichtbar und besteht aus etwas, von dem wir noch nichts wissen.
Wissenschaftlern zufolge gibt es viele Dinge, die wir in unserem Universum nicht sehen können. Etwa 27% des Materials im Universum besteht aus etwas mysteriösen Teilchen, die als dunkle Materie bekannt sind. Während etwa 68% der Zusammensetzung des Universums aus etwas mysteriöser Energie besteht, die die Schwerkraft abstößt und das Universum ausdehnt, wird als dunkle Energie bezeichnet. Diese unsichtbaren und versteckten Dinge enthalten 95% der Zusammensetzung des Universums.
2. Die Expansion des Universums beschleunigt sich
Während der Untersuchung von Supernovae in den Galaxien fanden Astronomen heraus, dass sich die Galaxien entfernten. Weitere Galaxien bewegten sich schneller als benachbarte Galaxien. Sie fanden heraus, dass sich das Universum einfach nicht ausdehnt, sogar die Expansion beschleunigt sich. Forscher und Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass dunkle Materie und dunkle Energie der Grund für die beschleunigte Expansion des Universums sein könnten.
3. Es ist nicht leicht zu erkennen
Die dunkle Materie und dunkle Energie interagieren nicht mit elektromagnetischer Strahlung, sie absorbieren weder Licht noch reflektieren sie. Daher ist es nicht einfach, sie zu erkennen.
4. Kein direkter Hinweis auf seine Existenz
There are only theories given regarding the existence of dark matter and dark energy. No labs or research center has given direct evidence of its existence so far.
5. Dark matter binds whereas dark energy loosens up
There is no direct clue for its existence but scientists have experienced its effect in space. According to scientists, dark matter binds the universe, whereas the dark energy loosens up or speed up the expansion of the universe.
Dark Energy Accelerating the Universe
Some astronomers believe, the only gravitational force is not strong enough to hold or bind the whole galaxies. They believe there is something that interacts with gravity and binds these galaxies, and they called it dark matter.
6. Space has its own energy
There is something in space since the Big Bang that is creating the space. That may a force or energy. We know the universe is expanding and accelerating, but where it all getting energy? Does space has its own energy? Ja! It may be. Some scientists believe the dark energy is the energy that space has. It repels gravity and accelerates the expansion of the universe. This energy does not get weaker during expansion and therefore as more space comes into existence, more of this energy-of-space would appear.
7. Dark energy formed from nothing and disappears in nothing
As we have not found any clue for its existence. Therefore some astronomers believe the dark energy formed from nothing and disappears in nothing. It is like the energy in the vacuum (objectionable. ). It fits best like a quote and difficult to explain scientifically.
8. Responsible for the universe creation
As we read dark matter interacts with gravity and creates galaxies. Whereas space is created by the dark energy. So it would not be wrong to say that the dark matter and dark energy is responsible for universe creation.
9. Uniform and non-uniform distribution
According to scientists, the dark matter has a non-uniform distribution in the universe. The center of the galaxies can have much density of the dark matter compared to its edges. Whereas the dark energy has uniform distribution across space. According to an estimation, the density of dark energy is around 7 × 10 -30 gm/cm 3 throughout space.
10. Physicists know a lot that dark matter can’t be
It is rightly said that ‘most of the things we do not know that what to know’. Astrophysicists know more about what dark matter can’t be than what it is.
- Dark matter is not ordinary matter or baryonic.
- It is not made up of the baryons. They may have formed from some new types of elementary particles that are not discovered yet.
- Dark matter is not antimatter, because when antimatter interacts with matter, they destroy each other and produce gamma rays. And scientists never saw such gamma rays production incident.
11. It has a relation with Einstein’s cosmological constant
The dark energy has closely associated relation with Einstein’s field equations of general relativity theory. To prove the term ‘static universe’ or ‘static infinite universe’ Albert Einstein gave the term ‘cosmological constant’. The cosmological constant is ‘energy of space’ or ‘vacuum energy’.
Einstein considered this term to counterbalance the effect of gravity and to explain the static universe (the universe is neither expanding nor contracting) theory. Later in 1931 after Hubble’s discovery of the accelerating universe, he neglected this concept and consider it his ‘biggest blunder’ (for the static universe concept).
But the cosmological constant may be considered the energy that is counterbalancing the gravity. And this energy is closely associated with dark energy.
12. It interacts with gravity
The dark matter interacts with gravity and dark energy counterbalance it. Astrophysicists believe there is something in the space that is bounding the large structure like nebulas, galaxies. They believe gravity is not strong enough to hold such a large structure. These are held up because of the invisible matter known as dark matter. So the dark matter interacts with gravity and helps to form large structures in the universe.
13. Dark matter and dark energy may not even exist
Though there is no direct evidence for the existence of dark matter and dark energy. But there are some abnormal effects in space that make it meaningful to consider these invisible mysterious matter and energy. Therefore it is generally accepted by some scientific communities, some astrophysicists. Still, we have a lot to know about the universe.
14. CERN working to generate dark matter particles
CERN (European Organization for Nuclear Research) is a scientific research center that is working to generate dark matter particles in the LHC. The LHC (large hadron collider) is the world’s largest particle accelerator.
15. Dark matter may be cold
Dark matter may be cold or hot. The current model favors ‘cold dark matter’ (CDM). The term ‘cold’ refers to its slower speed than the speed of light. According to scientists, the cold dark matter may have the following constituents: Axions, massive compact halo objects (MACHOs), weakly interacting massive particles (WIMPs). Though these are theoretical particles and objects.
So these were 15 special facts about dark matter and dark energy. These facts have been written in simple words. Do tell us by commenting, which one you like the most.
Our scientists and physicists always try to solve the mystery of dark energy and matter. We are pretty sure of existence but we have no clue so far but there is still more to come regarding this topic.
Do Dark matter and Dark energy interact?
This paper seems to be saying so. can the universe be logotripic, whatever that is?
arXiv:1504.08355 [pdf, other]
Is the Universe logotropic?
Pierre-Henri Chavanis
Comments: Submitted to EPJPlus
Subjects: Cosmology and Nongalactic Astrophysics (astro-ph.CO) General Relativity and Quantum Cosmology (gr-qc)
We consider the possibility that the universe is made of a single dark fluid described by a logotropic equation of state $P=Aln(
ho/
ho_*)$, where $
ho$ is the rest-mass density, $
ho_*$ is a reference density, and $A$ is the logotropic temperature. The energy density $epsilon$ is the sum of two terms: a rest-mass energy term $
ho c^2$ that mimics dark matter and an internal energy term $u(
ho)=-P(
ho)-A$ that mimics dark energy. This decomposition leads to a natural, and physical, unification of dark matter and dark energy, and elucidates their mysterious nature. The logotropic model depends on a single parameter $B=A/
ho_
New theory on the origin of dark matter
Only a small part of the universe consists of visible matter. By far the largest part is invisible and consists of dark matter and dark energy. Very little is known about dark energy, but there are many theories and experiments on the existence of dark matter designed to find these as yet unknown particles. Scientists at Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) in Germany have now come up with a new theory on how dark matter may have been formed shortly after the origin of the universe. This new model proposes an alternative to the WIMP paradigm that is the subject of various experiments in current research.
Dark matter is present throughout the universe, forming galaxies and the largest known structures in the cosmos. It makes up around 23 percent of our universe, whereas the particles visible to us that make up the stars, planets, and even life on Earth represent only about four percent of it. The current assumption is that dark matter is a cosmological relic that has essentially remained stable since its creation. "We have called this assumption into question, showing that at the beginning of the universe dark matter may have been unstable," explained Dr. Michael Baker from the Theoretical High Energy Physics (THEP) group at the JGU Institute of Physics. This instability also indicates the existence of a new mechanism that explains the observed quantity of dark matter in the cosmos.
The stability of dark matter is usually explained by a symmetry principle. However, in their paper, Dr. Michael Baker and Prof. Joachim Kopp demonstrate that the universe may have gone through a phase during which this symmetry was broken. This would mean that it is possible for the hypothetical dark matter particle to decay. During the electroweak phase transition, the symmetry that stabilizes dark matter would have been re-established, enabling it to continue to exist in the universe to the present day.
In the new dark matter model, the Higgs particle has different properties to those in the standard model of particle physics. The figure shows the energy of the Higgs particle as a function of the model parameters. Credit: Michael Baker, JGU With their new theory, Baker and Kopp have introduced a new principle into the debate about the nature of dark matter that offers an alternative to the widely accepted WIMP theory. Up to now, WIMPs, or weakly interacting massive particles, have been regarded as the most likely components of dark matter, and experiments involving heavily shielded underground detectors have been carried out to look for them. "The absence of any convincing signals caused us to start looking for alternatives to the WIMP paradigm," said Kopp.
The two physicists claim that the new mechanism they propose may be connected with the apparent imbalance between matter and antimatter in the cosmos and could leave an imprint which would be detected in future experiments on gravitational waves. In their paper published in the scientific journal Physische Überprüfungsschreiben, Baker and Kopp also indicate the prospects of finding proof of their new principle at CERN's LHC particle accelerator and other experimental facilities.
Dark matter and the fabric of space time,
First, you appear to be confusing dark matter with dark energy. See below for more on that.
Second, "the fabric of space" is not really a meaningful term (nor is "fabric of spacetime", which you use later on in your post, and which at least recognizes that it should be spacetime, not space). That kind of terminology does appear in pop science sources, but it's not actual valid science.
And the name for whatever it is that is causing this is dark energy, not dark matter. "Dark matter" is the name for whatever it is that is causing galaxy rotation curves to be different from what we would expect them to be based on the matter we can see.
No, this is not a "possible explanation" because it doesn't even mean anything. There is no property of spacetime that corresponds to being "thinner/weaker/less dense" in some places as compared to others.
Instead of speculating (and you should read the PF rules on personal speculation), you would do better to take the time to learn what our best current model actually says, and why it includes dark energy and dark matter. A good recent cosmology textbook, such as Liddle's, will cover all of that.
Dark energy doesn't just "mirror" the cosmological constant, it ist the cosmological constant--at least, that's the simplest hypothesis, which is the one our best current model adopts since we have no evidence for it being more complicated than that. It is not some "strange concept" that physicists dreamed up it pops straight out of the simplest way of deriving the Einstein Field Equation.
Furthermore, the cosmological constant can be thought of as an intrinsic property of spacetime, so it plays the same role as you are envisioning for "the fabric of space". It just plays it in a way that means something given what we know about spacetime.
The History of Dark Energy Goes Way, Way Back
Scientists now have evidence that dark energy has been around for most of the universe's history.
Using NASA's Hubble Space Telescope, researchers measured the expansion of the universe 9 billion years ago based on 23 of the most distant supernovae ever detected.
As theoretically expected, they found that the mysterious antigravity force, apparently pushing galaxies outward at an accelerating pace, was acting on the ancient universe much like the present.
All supernovas of a certain variety, called Type-1a, burn with the same brightness, so scientists can calculate relative distances in the universe based on how dim or bright these exploding stars get. In the late 1990's it was realized that these standard candles were dimmer than expected and that the expansion of the universe was accelerating.
Scientists blamed the acceleration on an inexplicable repulsive force, dark energy.
"Although dark energy accounts for more than 70 percent of the energy of the universe, we know very little about it, so each clue is precious," said Adam Riess, a professor at Johns Hopkins University who was involved in the initial discoveries back in the '90s. "Our latest clue is that the stuff we call dark energy was present as long as 9 billion years ago, when it was starting to make its presence felt."
The universe is about 13.7 billion years old.
The researchers believe that although this new observation is a significant clue in the quest to understand what is probably, in Riess's words "one of the most, if not the most, pressing question in physics," it's far from the proof to what dark energy actually is.
Mario Livio from the Space Telescope Science Institute put the situation in perspective at a media teleconference at NASA headquarters today. "Water covers 70 percent of the surface of the Earth," Livio said, yet it took humans many centuries to first discover the properties of water. With dark energy, he said, researchers are still in the phase of determining its properties.
Previous observations revealed that the early universe was comprised of matter whose gravity was trying to pull it all inward and slow down its expansion. But the spreading out of the cosmos started speeding up around 5 billion to 6 billion years ago. That's when scientists believe dark energy started to win the cosmic tug of war.
"After we subtract the gravity from the known matter in the universe, we can see the dark energy pushing to get out," said Lou Strolger from the University of Western Kentucky.
Another important finding, the researchers said, is that they can now compare the properties of ancient stellar explosions to today's explosions.
"This is important because we use these tools to measure the universe [and] we need to make sure that our understanding of their nature themselves have not changed," Riess said. The chemical composition in these 9-billion-year-old supernovas look remarkably similar to those that occur in the modern universe. So this finding continues to validate the use of supernovas as cosmic probes for understanding the nature of dark energy.
This latest finding is consistent with Einstein's explanation for what dark energy is, the researchers noted. Einstein's "cosmological constant" idea, which he called his biggest blunder and later rejected, turned out to be the same thing that scientist now see as the repulsive form of gravity called dark energy.
The findings will be published in the Feb. 10 issue of Astrophysikalisches Journal.
