Forskere har oppdaget en ny måte å måle mørk energi på – den mystiske kraften som utgjør mer enn to tredjedeler av universet og er ansvarlig for dets akselererende ekspansjon – i vår egen kosmiske bakgård.
Mørk energi kan måles ved å studere vår nabogalakse.
Forskere ved University of Cambridge har oppdaget at det kan være mulig å oppdage og måle mørk energi ved å studere Andromedagalaksenvår nabo som er på langsom kollisjonskurs med Melkeveien.
Siden det først ble identifisert på slutten av 1990-tallet, har forskere brukt veldig fjerne galakser for å studere mørk energi, men har ennå ikke klart å oppdage den direkte.
Cambridge-forskerne oppdaget imidlertid at ved å studere hvordan Andromeda og Melkeveien beveger seg mot hverandre, tatt i betraktning deres kollektive masse, kunne de etablere en øvre grense for verdien av kosmologisk konstantsom er den enkleste modellen for mørk energi.
Den øvre grensen fant de er fem ganger høyere til verdien av den kosmologiske konstanten som kan oppdages i det tidlige universet.
Selv om teknikken fortsatt er i et tidlig utviklingsstadium, sier forskere at det kan være mulig å oppdage mørk energi ved å studere vårt eget kosmiske nabolag. Resultatene ble publisert i The Astrophysical Journal Letters.
Alt vi kan se i vår verden og i himmelen – fra små insekter til gigantiske galakser – utgjør den bare 5 % av det observerbare universet.
Resten er mørkt: Forskere tror at rundt 27 % av universet består av mørk materie, som holder objekter sammen, mens 68 % er mørk energi, som skyver objekter fra hverandre.
«Mørk energi er et generisk navn for en familie av modeller som kan legges til Einsteins gravitasjonsteori,» sa studiens første forfatter, David Benisty, fra Institutt for anvendt matematikk og teoretisk fysikk.
«Den enkleste versjonen av denne modellen er kjent som den kosmologiske konstanten: a konstant energitetthet som flytter galakser bort fra hverandre, legger han til.
Den kosmologiske konstanten ble midlertidig lagt til av Einstein til hans teori om generell relativitet. Mellom 1930- og 1990-tallet var den kosmologiske konstanten satt til nulltil det blir oppdaget at en ukjent kraft – mørk energi – forårsaket akselerasjonen av utvidelsen av universet.
Imidlertid er det minst to store problemer med mørk energi: Vi vet ikke nøyaktig hva det er, og vi har ikke oppdaget det direkte.
Siden den først ble identifisert, har astronomer utviklet en rekke metoder for å oppdage mørk energi, hvorav de fleste involverer studie av objekter i det tidlige universet og måling av hastighet som de flytter fra oss med.
Å avdekke effekten av mørk energi fra milliarder av år siden er ikke lett: fordi det er en svak kraft mellom galakser, er mørk energi lett innhentet av mye sterkere krefter inne i galakser.
Imidlertid er det en region av universet som er overraskende følsom til mørk energi og som befinner seg i vår egen kosmiske bakgård.
Andromedagalaksen er den største galaksen nærmest Melkeveien vår, og de to galaksene er på kollisjonskurs. Når de kommer nærmere, begynner de to galaksene å gå i bane rundt hverandre – veldig sakte.
En enkelt bane det vil ta 20 milliarder år. Men på grunn av enorme gravitasjonskrefter, lenge før en enkelt bane er fullført, omtrent fem milliarder år fra nå, de to galaksene vil begynne å smelte sammen og faller inn i hverandre.
«Andromeda er den eneste store galaksen som flykter ikke fra ossså ved å studere dens masse og bevegelse, kan vi kanskje ta noen avgjørelser om den kosmologiske konstanten og mørke energien,» sa Benisty, som også er forsker ved Queens» College.
Ved hjelp av en serie av simuleringer basert på beste estimater tilgjengelig av massen til begge galaksene, Benisty og hans medforfattere — Anne Davisforsker ved Institutt for anvendt matematikk og teoretisk fysikk, og Wyn Evansfra Institute of Astronomy — oppdaget at mørk energi påvirker måten Andromeda og Melkeveien går i bane rundt hverandre.
«Mørk energi påvirker alle par av galakser: Tyngdekraften ønsker å bringe galakser nærmere hverandre, mens mørk energi flytter dem fra hverandre, sa Benisty.
«I vår modell, hvis vi endrer verdien av den kosmologiske konstanten, kan vi se hvordan dette endrer banen til de to galaksene. Basert på massen kan vi etablere en øvre grense for den kosmologiske konstanten, som er omtrent fem ganger høyere enn hva vi kan måle i resten av universet, la han til.
Forskerne sier at selv om teknikken kan vise seg å være ekstremt verdifull, er ennå ikke en direkte påvisning av mørk energi.
Data fra James Webb-teleskopet vil gi mye mer nøyaktige målinger av Andromedas masse og bevegelse, noe som kan bidra til å begrense de øvre grensene for den kosmologiske konstanten.
Videre, ved å studere andre galaksepar, kan det være mulig å videreutvikle teknikken og bestemme hvordan mørk energi påvirker universet vårt.
«Mørk energi er en av de største gåtene i kosmologien«, sa Benisty. «Det er mulig at effektene varierer over avstand og tid, men vi håper denne teknikken kan hjelpe til med å løse mysteriet.»
