대칭적으로 팽창하는 우주, 실시간 분석 쇼

우주 렌즈로 밝혀진 암흑 에너지 미스터리

은하단 Abell 1689는 중력 렌즈 현상이라는 현상으로 빛을 휘게 하는 방식으로 유명합니다. 성단에 대한 연구는 암흑 에너지가 우주를 형성하는 방법에 대한 비밀을 밝혀냈습니다. (이미지 제공: NASA, ESA, E. Jullo(JPL/LAM), P. Natarajan(예일) 및 J-P. Kneib(LAM))



우주는 우주론의 표준 모델을 확인하는 것으로 보이는 새로운 측정에 따르면 모든 방향에서 동일한 속도로 팽창하고 있습니다.



콜로라도 볼더 대학의 천체 물리학자 제레미 달링(Jeremy Darling)은 '실시간 우주론(real-time cosmology)'으로 알려진 연구 전략을 채택한 후 이러한 결론에 이르렀습니다. 우주 인간의 시간 척도에 걸쳐 발생합니다.

'실시간 우주론'이라는 아이디어는 1962년 Alan Sandage와 Harvard 천체 물리학자 Avi Loebin 1998년 두 개의 별도 논문에서 제안되었습니다. 따라서 실시간으로 변화하는 광원의 적색 편이를 볼 가능성을 'Sandage-Loeb Test'라고 합니다. . [ 우주: 빅뱅에서 지금까지의 10가지 쉬운 단계 ]



달링은 이메일을 통해 guesswhozoo.com에 '실시간 우주론은 다른 방법으로는 할 수 없는 일부 관찰 및 우주론적 테스트를 포함하여 우주를 관찰하는 새로운 방법을 제공합니다.

연구원들은 1998년에 우주가 가속적인 속도로 팽창하고 있다는 것을 발견했습니다. 이것은 암흑 에너지라는 신비한 힘으로 인한 것으로 믿어지는 놀라운 현상입니다. 과학자들은 암흑 에너지가 진공의 속성일 수 있다는 점을 제외하고는 암흑 에너지에 대해 많이 알지 못합니다. 암흑 에너지를 이해하기 위해 연구자들은 다양한 우주론적 실험을 하고 새로운 망원경과 장비를 만들고 있습니다.

'이 작업은 오늘날 암흑 에너지가 지배하는 확장이 모든 방향에서 동일한지 여부를 묻습니다'라고 Darling은 말했습니다.



측정을 위해 Darling은 이전에 다른 연구원들이 하늘을 가로지르는 은하계 외 물체의 움직임에 대해 수집한 데이터를 사용했습니다.

데이터를 통해 그는 우주 팽창이 실제로 등방성(즉, 모든 방향에서 동일)이라는 결론을 내릴 수 있었고 오차 범위는 7%였습니다.

'제약조건은 앞으로의 데이터로 더 나아질 것입니다. 가이아 미션 '라고 연구에 참여하지 않은 Loeb는 말했습니다.



지난해 12월 발사된 유럽우주국(European Space Agency)의 가이아(Gaia) 탐사선은 지구의 3차원 지도를 만들기 위해 설계됐다. 은하수 , 약 10억 개체의 움직임을 매핑합니다. 이 작업은 현재 Darling과 다른 연구자들이 이용할 수 있는 표본 크기를 극적으로 확장해야 합니다.

얼어붙은 우주

전통적으로, 대부분의 우주론적 관측은 우주를 고정된 나이, 고정된 거리 및 고정된 속성으로 시간이 정지된 것으로 취급합니다. 따라서 우주의 역사를 보려면 과학자들은 서로 다른 거리에서 유사한 물체를 봐야 합니다.

이후 빛의 속도 유한하므로 관찰자들은 더 먼 천체를 우주론 초기에 존재했던 것처럼 봅니다. 따라서 전통적인 전략은 우주의 모든 것이 어떻게 변화하고 진화하는지 연구하기 위해 시간에 따른 우주론적 '탐사기'의 통계적 표본을 개발하는 것입니다.

하지만 이 통계적 접근 방식에는 한 가지 예외가 있습니다. CMB(우주 극초단파 배경), 즉 138억 년 전에 우주를 만든 빅뱅이 남긴 이른바 '첫 번째 빛'입니다.

Darling은 '그것은 그 순간에 우주의 상당히 완전한 스냅샷을 보여주는 단일 시간에서 발생합니다'라고 말했습니다. '하지만 CMB도 정적으로 취급됩니다.' [ 우주 마이크로파 배경: 빅뱅 유물 설명(인포그래픽) ]

그러나 실시간 우주론은 '지금'이 변화하는 시간이라는 생각에 따라 다른 방식을 취합니다.

달링은 '만약 우리가 충분히 오래 산다면 물체가 멀어지고 멀어질수록 작아지고 희미해지며 가속되는 것을 볼 수 있을 것'이라고 말했습니다. '우리는 마지막 산란 표면의 새로운 부분인 밝은 지평선이 물러감에 따라 CMB가 흔들리는 것을 보게 될 것입니다. 우리는 중력이 작용하는 것을 보게 될 것이며, 이로 인해 은하계 은하단은 붕괴하고 공극은 팽창합니다.

'기본적으로 관찰 가능한 속성은 매우 오랫동안 관찰할 수 있거나 사물(위치, 속도)을 매우 정확하게 측정할 수 있다면 실시간으로 변경되어야 합니다.'

실시간 우주론 측정은 모델이나 통계 샘플에 의존하지 않는 '원시' 관찰입니다.

달링은 '내가 가장 좋아하는 은하를 골라 우주의 역동적인 측면을 직접적으로 드러내는 가속, 축소, 후퇴를 볼 수 있었습니다.'라고 말했습니다.

그리고 실시간 우주론은 우주가 자전하는지 여부, 암흑 에너지의 본질, 우주에 있는 대규모 구조의 질량과 같은 우주에 대한 가장 기본적이면서도 중요한 질문에 대한 답을 찾는 데 도움이 될 것이라고 덧붙였습니다. .

관찰 확인

Darling은 미래의 도구가 실시간 우주론에 큰 힘을 실어줄 것이지만 이 전략을 사용하여 중요한 발견을 하는 것은 이미 가능하다고 말했습니다.

'하늘에 있는 물체의 위치를 ​​측정하는 정밀 천문학은 이제 매우 긴 베이스라인 간섭계, 특히 매우 긴 베이스라인 어레이와 광학 파장인 가이아 임무를 통해 전파 파장에서 모두 수행할 수 있습니다.'라고 그는 말했습니다. '가속도는 30미터[98피트] 광학 망원경과 미래의 라디오 Square Kilometer Array[호주와 남아프리카에서]로 직접 측정할 수 있습니다.' [ 지구상에서 가장 큰 망원경 10가지: 측정 방법 ]

그리고 그는 국제 천체 기준 좌표계 데이터가 이미 실시간 우주론의 모델과 이론을 테스트할 수 있는 초기 방법을 제공하고 있다고 덧붙였습니다. ICRF는 연구원들이 하늘에 있는 물체의 측정값을 보정하는 데 사용하는 프레임워크입니다.

Darling은 '지구의 자전과 흔들림 및 결함을 모니터링하는 데 사용됩니다. '라디오 밝은 네트워크 퀘이사 매우 긴 기준선 간섭계를 사용하여 정기적으로 모니터링되며 수십 년 동안 사용되었습니다. 이 퀘이사의 위치 측정은 매우 정확하여 모든 종류의 보조 과학에 사용될 수 있습니다.'

그러나 적색편이 및 점성술의 정밀도, 정확한 측정과 관련된 시스템 오류와 같은 특정 제한 사항이 있습니다.

달링은 '가속도는 연간 초당 1센티미터 미만이 될 것으로 예상되며, 점성법은 연간 약 1마이크로아크초가 되어야 합니다.'라고 Darling은 말했습니다. '다음 단계는 현재 VLBI[매우 긴 기준선 간섭계]의 한계에 도달한 다음 3~5년 안에 일어날 가능성이 있는 Gaia 사용을 시작하는 것입니다.'

Loeb은 이 작업을 '독창적이고 흥미롭다'고 말합니다. 그러나 그는 '우주론적 데이터의 더 넓은 맥락 내에서 다음을 사용할 수 있습니다. 우주 전자 레인지 배경 팽창이 0.001%보다 더 나은 등방성이라는 결론을 내리지 않으면 관측된 것보다 더 큰 하늘의 온도 변화를 보게 될 것입니다.'

Darling은 이것이 사실임을 인정하지만 관찰된 CMB 온도는 빛이 방출된 시점과 관찰된 시점 사이에 발생한 총 팽창량에만 의존한다고 주장합니다.

Darling은 '현재(또는 다른 시간에) 팽창률을 측정하는 데 사용할 수 없습니다. '그러나 이것은 전반적인 역사 통합 이방성에 대해 알려줄 수 있습니다(즉, 우주가 300,000년 된 이래로 한 차원에서 다른 차원보다 더 많이 성장하여 하늘의 한 부분이 다른 부분보다 더 차갑고/붉게 보이도록 만들었습니다). '

가장 중요한 것은 실시간 우주론이 연구원들이 우리의 이론적 이해를 테스트하기 위해 우주에 대한 새로운 측정을 할 수 있게 해준다고 Darling이 말했습니다. 이것이 새로운 발견이 이루어지는 방식입니다. 오늘날 관찰되는 우주가 스스로 행동하고 현재의 우주론적 패러다임을 지지하며 CMB와 충돌하지 않는 것을 보는 것은 좋은 일입니다.'

그의 연구는 Royal Astronomical Society의 Monthly Notices 저널에 게재될 수 있도록 승인되었습니다.

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