두 개의 백색 왜성이 합쳐져 Ia형 초신성을 생성하는 예술적 인상. 크레딧: ESO/L. Calsada
20년 이상 지속된 초신성 폭발에 대한 분석은 현대 우주론을 설득력 있게 뒷받침하고 근본적인 질문에 답하려는 노력에 활력을 불어넣습니다.
천체 물리학자들은 우주의 형성과 진화에 대한 가장 정확한 한계를 제시하는 강력하고 새로운 분석을 수행했습니다. Pantheon+라는 이 분석을 통해 우주론자들은 갈림길에 서게 됩니다.
Pantheon+는 우주가 암흑 에너지의 약 3분의 2와 물질의 1/3(대부분 암흑 물질 형태)로 구성되어 있으며 지난 수십억 년 동안 가속적인 속도로 팽창해 왔다고 설득력 있게 주장합니다. 그러나 Pantheon+는 이 미해결 확장팩의 속도에 대한 주요 논란도 공고히 하고 있습니다.
Pantheon+는 우주론의 표준 모델로 알려진 지배적인 현대 우주론 이론을 보다 확고한 증거 및 통계 기반에 둠으로써 암흑 에너지 그리고 암흑 물질. 둘 다 우주론의 표준 모델의 초석이지만 아직 직접적으로 발견되지는 않았습니다. 그것들은 모델의 가장 큰 퍼즐 중 하나입니다. Pantheon+의 결과에 이어, 연구자들은 이제 더 정확한 관측 테스트를 수행하고 겉보기 우주에 대한 설명을 개선할 수 있습니다.
G299는 Type Ia라고 불리는 특정 종류의 초신성에 의해 뒤에 남겨졌습니다. 크레딧: NASA/CXC/U.Texas
“이러한 Pantheon+ 결과로 우리는 현재까지 우주의 역학과 역사에 가장 정확한 제약을 가할 수 있습니다.”라고 천체 물리학 센터의 아인슈타인 펠로우인 Dillon Prout가 말했습니다. 하버드와 스미소니언. “우리는 데이터를 샅샅이 뒤져 우주가 오랜 세월에 걸쳐 어떻게 진화해 왔으며 현재 최고의 암흑 에너지와 암흑 물질 이론이 강력하다는 것을 그 어느 때보다 자신 있게 말할 수 있습니다.”
Pruitt는 새로운 기술을 설명하는 일련의 논문의 주 저자입니다. 판테온 + 분석10월 19일 특별호에 공동으로 게재되었습니다. 천체물리학 저널.
Pantheon+는 Ia형 초신성이라고 불리는 1,500개 이상의 항성 폭발을 특징으로 하는 동종 최대 데이터 세트를 기반으로 합니다. 이러한 밝은 폭발은 다음과 같은 경우에 발생합니다.[{” attribute=””>white dwarf stars — remnants of stars like our Sun — accumulate too much mass and undergo a runaway thermonuclear reaction. Because Type Ia supernovae outshine entire galaxies, the stellar detonations can be glimpsed at distances exceeding 10 billion light years, or back through about three-quarters of the universe’s total age. Given that the supernovae blaze with nearly uniform intrinsic brightnesses, scientists can use the explosions’ apparent brightness, which diminishes with distance, along with redshift measurements as markers of time and space. That information, in turn, reveals how fast the universe expands during different epochs, which is then used to test theories of the fundamental components of the universe.
1998년 우주의 가속 성장에 대한 획기적인 발견은 Ia형 초신성에 대한 이러한 방식의 연구 덕분이었습니다. 과학자들은 이러한 팽창을 보이지 않는 에너지에 기인한 것으로 여기므로 우주 자체에 내재하는 암흑 에너지라고 합니다. 이후 수십 년 동안 계속해서 더 큰 데이터 세트를 수집하여 더 넓은 범위의 공간과 시간에 걸쳐 초신성을 밝혀냈고, Pantheon+는 이제 가장 강력한 통계 분석에서 이를 통합했습니다.
우주의 가속팽창을 발견한 공로로 2011년 노벨 물리학상을 수상한 아담 리스(Adam Rees)는 다음과 같이 말했습니다. 존스 홉킨스 대학교 (JHU) 및 우주 망원경 과학 연구소 메릴랜드주 볼티모어에서. Reese는 또한 하버드 졸업생이며 천체 물리학 박사 학위를 보유하고 있습니다.
“이 결합된 Pantheon+ 데이터 세트를 통해 우리는 암흑 물질이 지배하던 때부터 암흑 에너지가 우주에서 지배적이었던 시간까지 우주에 대한 정확한 시각을 얻을 수 있습니다.” – 딜런 브뤼
프루이트의 우주론 경력은 존스 홉킨스 대학에서 학부 시절로 거슬러 올라갑니다. 그곳에서 리즈의 지도와 조언을 받았습니다. 그곳에서 Pruitt는 박사 과정 학생이자 현재 Duke University의 물리학 조교수이자 새 논문 시리즈의 또 다른 공동 저자인 Reiss 고문인 Dan Skolnick과 함께 일했습니다.
몇 년 전 Skolnik은 약 1,000개의 초신성에 대한 독창적인 판테온 분석을 개발했습니다.
이제 Brout, Scolnic 및 그들의 새 팀은 Pantheon+에 있는 초신성 데이터 포인트의 약 50%를 Pantheon+에 추가했으며 분석 기술의 개선 및 잠재적인 오류 소스 처리와 함께 궁극적으로 원래 Pantheon의 정확도가 떨어졌습니다.
“데이터 세트 품질의 이러한 도약과 이를 뒷받침하는 물리학에 대한 우리의 이해는 분석의 모든 측면을 개선하기 위해 열심히 노력하는 우수한 학생 및 공동 작업자 팀이 없었다면 불가능했을 것입니다.”라고 Pruitt는 말합니다.
데이터를 전체적으로 보면 새로운 분석에 따르면 우주의 66.2%가 암흑 에너지로 나타나고 나머지 33.8%는 물질과 암흑 물질의 혼합물입니다. 서로 다른 시대의 우주 구성 요소에 대한 보다 포괄적인 이해를 얻기 위해 Brout와 동료들은 Pantheon+를 우주의 대규모 구조에 대해 강력하게 입증되고 독립적이며 보완적인 다른 척도와 결합하고 우주에서 가장 가까운 빛의 측정값과 결합했습니다. 우주 전자 레인지 배경입니다.
“이러한 Pantheon+ 결과로 우리는 현재까지 우주의 역학과 역사에 가장 정확한 제약을 가할 수 있습니다.” – 딜런 브뤼
Pantheon+의 또 다른 주요 결과는 현대 우주론의 주요 목표 중 하나인 허블 상수로 알려진 우주의 현재 팽창 속도를 결정하는 것과 관련이 있습니다. Reese가 이끄는 SH0ES(상태 방정식을 위한 초신성 H0)의 데이터로 Pantheon+ 샘플을 조합하면 우주의 현재 팽창 속도에 대한 가장 엄격한 국지적 측정이 이루어집니다.
Pantheon+와 SH0ES는 함께 메가파섹당 73.4km/초의 허블 상수를 1.3%의 불확실성으로 발견했습니다. 다시 말해, 메가파섹 또는 326만 광년마다 가까운 우주에서 우주 자체가 시속 160,000마일 이상으로 팽창하고 있는 것으로 분석이 추정됩니다.
그러나 우주 역사에서 완전히 다른 시대의 관측은 다른 이야기를 예측합니다. 우주에서 가장 오래된 빛인 우주 마이크로파 배경에 대한 측정은 현재의 우주론 표준 모델과 결합될 때 Ia형 초신성 및 기타 천체 물리학적 지표를 통해 이루어진 관측보다 훨씬 낮은 비율로 허블 상수를 일관되게 확증합니다. 두 방법론 사이의 이러한 큰 불일치를 허블 장력이라고 합니다.
새로운 Pantheon+ 및 SH0ES 데이터 세트는 허블의 긴장을 증폭시킵니다. 사실, 긴장은 이제 물리학자들이 잠재적인 통계적 운과 그에 따라 이해해야 할 무언가를 구별하는 데 사용하는 중요한 5시그마 임계값(임의의 우연으로 인해 100만 분의 1이 나타날 확률)을 넘어섰습니다. 이 새로운 통계 수준에 도달하는 것은 이론가와 천체 물리학자 모두 허블 상수의 불일치를 설명하려고 시도할 때 직면하는 도전을 강조합니다.
“우리는 데이터 세트에서 이러한 문제에 대한 새로운 솔루션에 대한 증거를 찾는 것이 가능할 것이라고 생각했지만 대신 데이터가 이러한 옵션 중 많은 부분을 제외하고 깊은 불일치가 그 어느 때보 다 다루기 힘든 상태로 남아 있음을 발견했습니다.”라고 Brout는 말합니다.
Pantheon+ 결과는 허블 장력이 해결되는 위치를 나타내는 데 도움이 될 수 있습니다. “많은 현대 이론이 초기 우주에서 이상하고 새로운 물리학을 지적하기 시작했지만 그러한 검증되지 않은 이론은 과학적 과정을 견뎌야 하고 허블 긴장은 여전히 큰 도전으로 남아 있습니다.”라고 Pruitt는 말합니다.
전반적으로 Pantheon+는 과학자들에게 많은 우주 역사를 종합적으로 되돌아볼 수 있는 기회를 제공합니다. 데이터 세트에서 가장 오래되고 가장 멀리 떨어진 초신성은 107억 광년 떨어진 곳에서 빛나고 있습니다. 이는 우주가 현재 나이의 약 4분의 1이었음을 의미합니다. 그 이전 시대에는 암흑 물질과 그와 관련된 중력이 우주의 팽창 속도를 제어하고 있었습니다. 이러한 상황은 암흑 에너지의 영향이 암흑 물질의 영향을 가리면서 이후 수십억 년 동안 극적으로 바뀌었습니다. 그 이후로 암흑 에너지는 우주의 내용물을 점점 더 빠른 속도로 밀어냈습니다.
“이 결합된 Pantheon+ 데이터 세트를 통해 우리는 암흑 물질이 암흑 에너지에 의해 지배되던 시대부터 우주에 대한 정확한 시각을 얻을 수 있습니다.”라고 Pruitt는 말합니다. “이 데이터 세트는 작동 중인 암흑 에너지를 확인하고 현재 가장 높은 수준에서 우주의 진화를 주도할 수 있는 독특한 기회입니다.”
우리는 더 강력한 통계적 증거와 함께 이 변화를 지금 연구하는 것이 신비한 암흑 에너지의 본질에 대한 새로운 통찰력으로 이어질 수 있기를 바랍니다.
“Pantheon+는 암흑 에너지, 그 기원 및 진화를 제한할 수 있는 최고의 기회를 제공합니다.”라고 Pruitt는 말합니다.
참조: Dillon Pruitt, Dan Skolnick, Brody Popovich, Adam J. Reese, Anthony Carr, Joe Zontz, Rick Kessler, Tamara M. Davies, Samuel Hinton, David Jones, W. Darcy Kenworth의 “Pantheon + Analysis: Cosmic Constraints”, 에릭 R. Peterson, Khaled Said, Georgie Taylor, Noor Ali, Patrick Armstrong, Pranav Scharvaux, Ariana Dumoh, Cole Mulldorf, Antonella Palmes, Helen Coe, Benjamin M. Rose, Bruno Sanchez, Christopher W. Stubbs, Maria Vincenzi, Charlotte M. 우드, 피터 J. 브라운, 레베카 친, 켄 챔버스, 데이비드 A. 콜터, 메이 데이, 조지오스 드메트리아디스, 알렉세이 F. Anis Muller, Jesse Muir, Seshadri Nadthor, Yen Chin Pan, Armin Rist, Cesar Rojas Bravo, Masao Sacco, Matthew Seibert, Matt Smith, Benjamin E. Stahl 및 Phil Wiseman, 2022년 10월 19일, 천체물리학 저널.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac8e04
“요은 베이컨과 알코올에 대한 전문 지식을 가진 닌자입니다. 그의 탐험적인 성격은 다양한 경험을 통해 대중 문화에 대한 깊은 애정과 지식을 얻게 해주었습니다. 그는 자랑스러운 탐험가로서, 새로운 문화와 경험을 적극적으로 탐구하며, 대중 문화에 대한 그의 열정은 그의 작품 속에서도 느낄 수 있습니다.”
