Chúng ta thấy vô số ngôi sao và thiên hà lấp lánh trong vũ trụ ngày nay, nhưng thực sự có bao nhiêu vật chất ở đó? Câu hỏi đủ đơn giản, nhưng câu trả lời có vẻ đáng ngạc nhiên.
Vấn đề nan giải này tồn tại phần lớn là do các quan sát vũ trụ học hiện nay đơn giản là không đồng ý về cách vật chất được phân bổ trong vũ trụ hiện tại.
Một mô phỏng máy tính mới theo dõi cách tất cả các nguyên tố của vũ trụ – vật chất thông thường, vật chất tối và năng lượng tối – phát triển theo các định luật vật lý sẽ rất hữu ích. Những hình ảnh tuyệt đẹp về các thiên hà và cụm thiên hà có thể nhìn thấy trong ảnh vũ trụđược nuôi dưỡng bởi cái được gọi là Mạng vũ trụ. Mạng này là Cấu trúc lớn nhất trong vũ trụđược cấu tạo từ các sợi cấu tạo từ vật chất thông thường hoặc vật chất baryonic, và Vật chất tối.
Không giống như các mô phỏng trước đây chỉ xem xét vật chất tối, công trình mới, được thực hiện bởi một dự án có tên FLAMINGO (viết tắt của Mô phỏng cấu trúc quy mô lớn toàn diện với lập bản đồ toàn bầu trời để diễn giải các quan sát thế hệ tiếp theo), cũng theo dõi vật chất thông thường.
Có liên quan: Có phải chúng ta đang sống trong một mô phỏng? Vấn đề với giả thuyết đáng kinh ngạc này.
Jupp Shaye, giáo sư tại Đại học Leiden ở Hà Lan và đồng tác giả của ba nghiên cứu mới về dự án Flamingo, cho biết trong một bài báo: “Mặc dù vật chất tối thống trị lực hấp dẫn, nhưng không thể bỏ qua sự đóng góp của vật chất thông thường”. tuyên bố.
Về việc vũ trụ thực sự chứa bao nhiêu vật chất, các nhà thiên văn học cho biết những mô phỏng máy tính như thế này không chỉ bắt mắt với vũ trụ mà còn là những nghiên cứu quan trọng giúp xác định nguyên nhân của sự khác biệt lớn trong vũ trụ học được gọi là “sức căng S8”. Đây là cuộc tranh luận đang diễn ra về cách vật chất được phân bố trong vũ trụ.
Độ căng của S8 là gì?
Khi khám phá vũ trụ, các nhà thiên văn học đôi khi làm việc với cái được gọi là tham số S8. Về cơ bản, tham số này mô tả mức độ “kết tụ” hoặc đóng gói chặt chẽ của tất cả vật chất trong vũ trụ của chúng ta và có thể được đo chính xác bằng cách sử dụng cái được gọi là quan sát dịch chuyển đỏ thấp. Nó được sử dụng bởi các nhà thiên văn học Dịch chuyển đỏ Để đo khoảng cách của một vật thể Đấtvà các nghiên cứu dịch chuyển đỏ thấp như “yếu Thấu kính hấp dẫn “Các cuộc khảo sát” có thể làm sáng tỏ các quá trình đang diễn ra trong vũ trụ xa xôi và do đó già hơn.
Nhưng giá trị của S8 cũng có thể được dự đoán bằng hàm Mẫu Vũ trụ học. Về cơ bản, các nhà khoa học có thể điều chỉnh mô hình để phù hợp với các đặc tính đã biết của vật thể Nền vi sóng vũ trụ (CMB), là bức xạ còn sót lại từ Vụ nổ lớn và tính toán sự kết tụ của vật chất từ đó.
Vì vậy, đây là điều.
Các thí nghiệm của CMB tìm thấy giá trị S8 cao hơn so với các khảo sát bằng thấu kính hấp dẫn yếu. Các nhà vũ trụ học không biết tại sao, họ gọi sự mâu thuẫn này là lực căng S8.
Trên thực tế, độ căng của S8 là một cuộc khủng hoảng đang diễn ra trong vũ trụ học, hơi khác một chút so với người anh em họ nổi tiếng của nó: Độ căng của HubbleTrong đó đề cập đến những mâu thuẫn mà các nhà khoa học gặp phải trong việc xác định tốc độ giãn nở của vũ trụ.
Lý do mô phỏng mới của nhóm không đưa ra câu trả lời cho vấn đề jitter S8 là một vấn đề lớn, bởi vì không giống như các mô phỏng trước đây chỉ tính đến tác động của vật chất tối lên vũ trụ đang phát triển, công trình mới nhất tính đến tác động của chuyện bình thường cũng vậy. Ngược lại với vật chất tối, nó bị chi phối bởi vật chất thông thường Trọng lực Cũng như áp suất do khí tạo ra trong toàn vũ trụ. Ví dụ, được thúc đẩy bởi gió thiên hà siêu tân tinh Phun trào và tích tụ tích cực Lỗ đen siêu lớn Chúng là những quá trình quan trọng giúp phân phối lại vật chất thông thường bằng cách thổi các hạt của nó vào các thiên hà không gian.
Tuy nhiên, ngay cả việc nghiên cứu công trình mới của vật chất thông thường cũng như một số cơn gió thiên hà cực đoan hơn cũng không đủ để giải thích sự kết tụ yếu của vật chất quan sát được trong vũ trụ hiện nay.
Shay nói với Space.com: “Tôi đang bối rối ở đây. “Một khả năng thú vị là sự căng thẳng chỉ ra những sai sót trong Mô hình chuẩn của vũ trụ học, hay thậm chí là Mô hình chuẩn của vật lý học.”
hình ảnh 1 ĐẾN 4
Vật lý kỳ lạ hay một mô hình thiếu sót?
Vậy, sự căng thẳng của S8 này bắt nguồn từ đâu?
Ian McCarthy, nhà vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học Liverpool John Morris ở Anh và là đồng tác giả của ba nghiên cứu mới, nói với Space.com: “Chúng tôi không biết điều gì khiến điều này trở nên thú vị đến vậy”.
Tuy nhiên, các mô phỏng trên máy tính, chẳng hạn như mô phỏng do FLAMINGO thực hiện, có thể đưa chúng ta đến gần hơn một bước. Nó có thể giúp tiết lộ lý do khiến S8 có cảm giác bồn chồn vì một bản đồ vũ trụ lớn giả định có thể giúp xác định các lỗi tiềm ẩn trong các phép đo hiện tại của chúng ta. Ví dụ, các nhà thiên văn học đang dần loại bỏ những lời giải thích trần tục hơn cho vấn đề này, chẳng hạn như thực tế là nó có thể là do sự không chắc chắn chung trong việc quan sát các cấu trúc quy mô lớn hoặc liên quan đến một vấn đề trong chính CMB.
Trên thực tế, đội nghiên cứu hy vọng rằng tác động của vật chất tự nhiên có thể mạnh hơn nhiều so với các mô phỏng hiện tại. Tuy nhiên, điều này cũng có vẻ khó xảy ra, vì các mô phỏng rất phù hợp với các đặc tính quan sát được của các thiên hà và cụm thiên hà.
McCarthy nói: “Tất cả những khả năng này đều rất thú vị và có ý nghĩa quan trọng đối với vật lý cơ bản và vũ trụ học”. Nhưng khả năng thú vị nhất là “Mô hình Chuẩn không chính xác ở một khía cạnh nào đó”.
Ví dụ, vật chất tối có thể có những đặc tính kỳ lạ, tự tương tác chưa được tính đến trong Mô hình Chuẩn, và hiện tượng jitter S8 có thể cho thấy sự sụp đổ của lý thuyết về lực hấp dẫn của chúng ta ở quy mô lớn hơn, McCarthy nói.
Tuy nhiên, trong khi các mô phỏng mới nhất theo dõi tác động của vật chất tự nhiên và các hạt hạ nguyên tử được gọi là… neutrino – Cả hai đều được cho là quan trọng trong việc đưa ra dự đoán chính xác về cách các thiên hà phát triển qua các thời đại – nhưng chúng không giải quyết được vấn đề căng thẳng của S8.
Đây là điều đáng ngạc nhiên: Ở mức dịch chuyển đỏ thấp, vũ trụ ít vón cục hơn đáng kể so với dự đoán của Mô hình Chuẩn. Nhưng những phép đo thăm dò cấu trúc của vũ trụ giữa McCarthy cho biết, các phép đo CMB và độ dịch chuyển đỏ thấp “hoàn toàn phù hợp với các dự đoán của mô hình tiêu chuẩn”. “Vũ trụ dường như đã hành xử như mong đợi trong phần lớn lịch sử vũ trụ, nhưng điều này đã thay đổi sau đó trong lịch sử vũ trụ.”
Có lẽ chìa khóa để giải quyết căng thẳng S8 nằm ở việc trả lời chính xác điều gì đã thúc đẩy sự thay đổi này.
Nghiên cứu này là mô tả TRONG ba Lá Được xuất bản trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.