2 884 supernovaa antaa uusia viitteitä pimeän energian muuttumisesta

Pimeä energia kuvataan vakiintuneessa kosmologisessa mallissa yleensä muuttumattomana suureena eli kosmologisena vakiona. Queenslandin yliopiston johtama uusi, yhtenäisesti käsitelty 2 884 mahdollisen tyypin Ia supernovan luettelo ei kumoa tätä oletusta. Se tuo kuitenkin lisää viitteitä siitä, että malli, jossa pimeä energia muuttuu kosmisen ajan kuluessa, ansaitsee vakavan tutkimuksen. 2

Mitä supernovista mitataan?

Tyypin Ia supernovat ovat valkoisten kääpiötähtien räjähdyksiä. Niitä voidaan käyttää kosmologiassa etäisyysmittareina: räjähdyksen havaittu kirkkaus ja punasiirtymä auttavat tutkijoita jäljittämään, miten maailmankaikkeuden laajeneminen on muuttunut eri aikoina.

Tutkimusryhmä yhdisti noin 30 vuoden tähtitieteelliset havainnot yhdeksi aineistoksi ja analysoi historiallisia mittauksia uudelleen nykyaikaisin menetelmin. Mukana ovat myös vuoden 2024 Dark Energy Survey -kartoituksen tiedot. 2

Pelkkä suuri kohdemäärä ei ratkaise asiaa. Olennaista on, että eri havaintoja voidaan vertailla samalla pohjalla. Siksi analyysissä on huomioitava esimerkiksi kosminen pöly, räjähdyksen isäntägalaksin ominaisuudet ja gravitaatiolinssi-ilmiö. Ne voivat muuttaa supernovan näennäistä kirkkautta ja siten myös arvioitua etäisyyttä.

Mitä tulos kertoo kosmologisesta vakiosta?

Queenslandin yliopiston tiedotteen mukaan yhdistetty aineisto antaa lisää näyttöä siitä, ettei pimeä energia välttämättä ole vakio, vaan sen vaikutus voi muuttua ajan myötä. Tutkijat korostavat kuitenkin, että poikkeama vakiintuneesta mallista ei ole täsmälleen samansuuntainen kuin vuoden 2024 Dark Energy Survey -aineistossa nähty ensimmäinen viite. 2

Tulkinnassa on siksi syytä pitää kolme asiaa mielessä:

• Kyse ei ole lopullisesta todisteesta pimeän energian muuttumisesta.
• Yksi mittaustapa ei riitä, vaikka supernovien määrä on suuri.
• Systemaattiset epävarmuudet ovat ratkaisevia: pienetkin muutokset kalibroinnissa tai mallinnuksessa voivat vaikuttaa kosmologiseen johtopäätökseen.

Tulos siis heikentää ajatusta, että muuttumaton kosmologinen vakio olisi ainoa mahdollinen kuvaus pimeästä energiasta. Se ei kuitenkaan sulje kosmologista vakiota pois.

Yhteys DESI-havaintoihin

Vertailu Dark Energy Spectroscopic Instrumentiin eli DESIin on tärkeä, koska DESI tutkii maailmankaikkeuden laajenemista eri keinoin kuin supernovahavainnot. Supernovat tuottavat etäisyysmittauksia, kun taas DESI hyödyntää galaksien laajamittaista jakautumista ja aineen varhaisten ääniaaltojen jälkiä, baryonisia akustisia värähtelyjä.

Sekä DESIstä saadut viitteet että uusi supernovaluettelo kohdistuvat samaan kysymykseen: kuvaako ajan mukana muuttuva pimeä energia havaintoja paremmin kuin muuttumaton kosmologinen vakio? Riippumattomien menetelmien päätyminen samaan tulokseen olisi huomattavasti vakuuttavampaa kuin yhden tekniikan antama signaali. Toistaiseksi kyse on viitteistä, jotka edellyttävät riippumatonta vahvistusta. 2

Miksi muuttuva pimeä energia olisi suuri asia?

Jos pimeän energian osoitettaisiin muuttuvan, kosmologinen vakio ei olisi täydellinen fysikaalinen selitys kiihtyvälle laajenemiselle. Tämä voisi viitata esimerkiksi dynaamiseen kenttään, painovoimateorian muutoksiin tai muuhun uuteen fysiikkaan.

Asialla olisi merkitystä myös syvemmälle teoreettiselle ongelmalle. Kvanttikenttäteorian yksinkertaiset arviot tyhjiöenergiasta ovat valtavasti suurempia kuin havaittu pimeän energian vaikutus. Dynaaminen selitys voisi avata uusia reittejä tämän ristiriidan tutkimiseen. Se ei silti yksinään yhdistäisi yleistä suhteellisuusteoriaa ja kvanttimekaniikkaa.

Miten näyttöä voidaan vahvistaa?

Seuraava askel on tehdä sama testi suuremmilla ja paremmin kalibroiduilla supernovanäytteillä, etenkin lähellä olevista kohteista. Ne muodostavat etäisyysasteikon perustan. Ratkaisevaa on myös se, tukevatko riippumattomat mittaukset maailmankaikkeuden geometriasta ja kosmisen rakenteen kasvusta samaa tulkintaa.

Tulevat supernovahankkeet, kuten DEBASS, voivat parantaa lähellä sijaitsevien supernovien vertailupistettä ja pienentää kalibroinnin epävarmuuksia. Laajat radioastronomiset hankkeet voivat puolestaan tuoda täydentäviä havaintoja muuttuvasta taivaasta ja kosmisesta rakenteesta. Niiden arvo ei ole saman mittauksen toistamisessa, vaan saman kosmologisen kysymyksen testaamisessa eri suunnista.

Lopullinen testi on johdonmukaisuus: jos toisistaan riippumattomat aineistot, laitteet ja menetelmät osoittavat samaa ajallista muutosta, kehittyvästä pimeästä energiasta voi tulla kiinnostavan vihjeen sijasta merkittävä kosmologian uudelleenarviointi.