Kosmologen en natuurkundigen van het Instituut voor Theoretische Fysica van de Russische Academie van Wetenschappen hebben gesuggereerd dat de discrepanties in de expansiesnelheid van het heelal, berekend op basis van supernova-explosies en 'echo's' van de oerknal, verklaard kunnen worden door het feit dat donkere energie onstabiel is en geleidelijk verandert in donkere materie, volgens een artikel gepubliceerd in het tijdschrift MNRAS.
“Als Einstein 100% gelijk heeft, dan is donkere energie onveranderlijk en eeuwig. Maar wat als hij maar voor 99,99% gelijk heeft? Er is zoveel donkere energie in de natuur dat als zelfs maar een klein deel ervan in de 14 miljard jaar die zijn verstreken sinds de oerknal, uiteenvalt in bekende elementaire deeltjes, waaronder fotonen, het een kolossale nieuwe energiebron zou zijn die nuttig is voor de mensheid - zegt Alexei Starobinsky van de ITF RAS, wiens woorden worden geciteerd door de persdienst van het instituut.
Dark Deeds of the Universe
Al in 1929 bewees de beroemde astronoom Edwin Hubble dat ons universum niet stilstaat, maar zich geleidelijk uitbreidt en de beweging van sterrenstelsels ver van ons observeert. Aan het einde van de 20e eeuw ontdekten astrofysici, terwijl ze type I-supernovae observeerden, dat het niet met een constante snelheid uitbreidde, maar met versnelling. De reden hiervoor is, zoals wetenschappers tegenwoordig geloven, "donkere energie" - een mysterieuze substantie die op materie inwerkt als een soort "antizwaartekracht".
In juni 2016 berekenden Nobelprijswinnaar Adam Reiss en collega's die dit fenomeen ontdekten, de exacte snelheid waarmee het universum vandaag de dag uitdijt met behulp van variabele cepheide-sterren in nabije sterrenstelsels, waarvan de afstand met ultrahoge precisie kan worden berekend.
Deze verfijning leverde een buitengewoon onverwacht resultaat op: het bleek dat twee sterrenstelsels, gescheiden door een afstand van ongeveer 3 miljoen lichtjaar, zich verspreiden met een snelheid van ongeveer 73 kilometer per seconde. Zo'n cijfer is merkbaar hoger dan de gegevens die zijn verkregen met de WMAP- en Planck-orbitale telescopen - 69 kilometer per seconde, en het kan niet worden verklaard met onze ideeën over de aard van donkere energie en het mechanisme van de geboorte van het heelal.
Deze discrepanties deden wetenschappers, waaronder academicus Starobinsky, nadenken over twee mogelijke manieren om deze anomalie te verklaren. Enerzijds is het heel goed mogelijk dat de metingen van Planck of Riesz en zijn collega's onjuist of onvolledig zijn. Aan de andere kant is het heel acceptabel dat de eigenschappen van donkere materie of donkere energie merkbaar zijn veranderd tijdens de levensduur van het universum, wat de snelheid van zijn expansie zou kunnen veranderen.
Promotie video:
De eenvoudigste en meest logische variant van dergelijke veranderingen, zoals gesuggereerd door Starobinsky en zijn collega's, is de onstabiele aard van donkere energie of donkere materie. Soortgelijke ideeën, zoals de academicus opmerkt, waren al halverwege de jaren dertig door Sovjetwetenschappers naar voren gebracht, maar toen gingen ze ervan uit dat 'donkere' substanties zouden vervallen tot zichtbare vormen van materie.
Het einde van de kosmologische eeuwigheid
Nu geloven Russische kosmologen dat het verval van hun deeltjes leidt tot de vorming van nieuwe "donkere" componenten van het heelal. In dit geval wordt hun verval niet beïnvloed door externe omstandigheden, inclusief de huidige expansiesnelheid van het universum, de leeftijd en andere kenmerken, maar alleen de interne eigenschappen van donkere materie en energie, waardoor de expansiesnelheid van het universum en zijn andere eigenschappen, afhankelijk van de verhouding van hun aandelen in het universum zal soepel veranderen.
Zulk verval kan, zoals de natuurkundige uitlegt, op drie manieren verlopen - als resultaat van een proces dat vergelijkbaar is met de vernietiging van de kernen van 'gewone' onstabiele elementen, de directe transformatie van donkere energie in donkere materie en de omzetting van donkere energie in 'donkere straling' - een stroom van lichtdeeltjes en eigenaardige ' donkere 'fotonen die geen interactie hebben met zichtbare materie.
“De analyse toonde aan dat het tweede model beter dan het andere model toelaat om zowel de bestaande kosmologische parameters van het waargenomen heelal als zijn evolutie in het verleden te verklaren. Hieruit volgt dat de halfwaardetijd van donkere energie via dit kanaal maar liefst 17 keer zo oud is als het heelal. Met andere woorden, als het verval van donkere energie in donkere materie plaatsvindt, gaat het heel langzaam”, vervolgt Starobinsky.
Een dergelijk scenario beschrijft, zoals de wetenschapper opmerkt, goed de discrepanties in de uitbreidingssnelheden van het heelal die werden ontdekt door Riess en zijn team, en soortgelijke gegevens verkregen als onderdeel van het BOSS-project, gericht op het zoeken naar sporen van de oerknal in de verdeling van sterrenstelsels in het heelal.
Als deze gegevens in de nabije toekomst worden bevestigd, kunnen ze worden beschouwd als een bevestiging van het model van Starobinsky en collega's en het eerste bewijs dat donkere materie niet constant en stabiel is, zoals gepostuleerd door het standaard kosmologische model.
