De waargenomen versnelling van de Hubble-expansiesnelheid is toegeschreven aan een mysterieuze "donkere energie" die zogenaamd ongeveer 70% van het universum uitmaakt. Professor Subir Sarkar van het Rudolf Peierls Centrum voor Theoretische Fysica, Oxford samen met medewerkers van het Institut d'Astrophysique, Parijs en het Niels Bohr Instituut, Kopenhagen heeft waarnemingen van 740 Type Ia-supernova's gebruikt om aan te tonen dat deze versnelling een relatief lokaal effect is - het is gericht in de richting waarin we lijken te bewegen ten opzichte van de kosmische microgolfachtergrond (die een vergelijkbare dipoolanisotropie vertoont). Hoewel de fysieke reden voor deze versnelling onbekend is, het kan niet worden toegeschreven aan donkere energie die een gelijke versnelling in alle richtingen zou hebben veroorzaakt.

Professor Sarkar legt uit:"Het kosmologische standaardmodel berust op de veronderstelling dat het heelal isotroop is rond alle waarnemers. Dit kosmologische principe is een uitbreiding van het Copernicaanse principe - namelijk dat we geen bevoorrechte waarnemers zijn. Het biedt een enorme vereenvoudiging in de wiskundige constructie van het kosmologische model met behulp van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Wanneer waarnemingsgegevens echter binnen dit kader worden geïnterpreteerd, komen we tot de verbazingwekkende conclusie dat ongeveer 70% van het universum bestaat uit Einsteins kosmologische constante of meer in het algemeen "donkere energie". geïnterpreteerd als gevolg van kwantumnulpuntfluctuaties van het vacuüm, maar de bijbehorende energieschaal is ingesteld door H0, de huidige uitdijingssnelheid van het heelal. Dit is echter een factor 10 ⁴⁴ onder de energieschaal van het standaardmodel van de deeltjesfysica - de gevestigde kwantumveldentheorie die nauwkeurig alle subatomaire verschijnselen beschrijft. De nulpuntfluctuaties hebben daarom een ​​enorme energiedichtheid die zou hebben voorkomen dat het universum zijn huidige leeftijd en grootte zou bereiken als ze inderdaad de uitdijingssnelheid via de zwaartekracht zouden beïnvloeden. Aan dit kosmologische constante probleem moet het "waarom nu?" worden toegevoegd. probleem, namelijk waarom is donkere energie pas recentelijk het universum gaan domineren? Vroeger was het verwaarloosbaar, in het bijzonder op een leeftijd van ~400, 000 jaar toen het oerplasma voldoende afkoelde om atomen te vormen en de kosmische microgolfachtergrondstraling (CMB) vrijkwam (vandaar dat de CMB niet direct gevoelig is voor donkere energie)."

Het is tegen deze achtergrond dat hij, samen met Jacques Colin en Roya Mohayaee (Institut d'Astrophysique, Parijs) en Mohamed Rameez (Niels Bohr Instituut, Kopenhagen), om te onderzoeken of donkere energie echt bestaat. Het belangrijkste bewijs - beloond met de Nobelprijs voor natuurkunde 2011 - betreft de "ontdekking van de versnelde uitdijing van het universum door observaties van verre supernova's" in 1998 door twee teams van astronomen. Dit was gebaseerd op waarnemingen van ongeveer 60 Type Ia supernova's, maar ondertussen, het monster was gegroeid, en anno 2014, de gegevens zijn beschikbaar gesteld voor 740 objecten verspreid over de lucht (gezamenlijke lichtcurveanalyse-catalogus).

De onderzoekers keken of de afgeleide versnelling van de Hubble-expansiesnelheid uniform was over de lucht.

"Eerst, we hebben de supernova-roodverschuivingen en schijnbare grootheden uitgewerkt zoals gemeten (in het heliocentrische systeem), het ongedaan maken van de correcties die in de JLA-catalogus waren aangebracht voor lokale 'eigenaardige' (niet-Hubble) snelheden. Dit was gedaan om hun waarden in het CMB-frame te bepalen waarin het universum er isotroop uit zou moeten zien, maar eerder werk van ons team had aangetoond dat dergelijke correcties verdacht zijn omdat eigenaardige snelheden niet afnemen met toenemende afstand, daarom is er geen convergentie naar het CMB-frame, zelfs niet op een afstand van een miljard lichtjaar, " zegt professor Sarkar.

Donkere energie

"Toen we vervolgens de standaard statistiek van de maximale waarschijnlijkheidsschatter gebruikten om parameterwaarden te extraheren, we hebben een verbazingwekkende ontdekking gedaan. De supernovagegevens geven aan, met een statistische significantie van 3,9σ, een dipoolanisotropie in de afgeleide versnelling (zie figuur) in dezelfde richting als waar we lokaal bewegen, die wordt aangegeven door een soortgelijke, bekend, dipool in de CMB. Daarentegen, elke isotrope (monopool) versnelling die kan worden toegeschreven aan donkere energie is 50 keer kleiner en komt overeen met nul op 1,4σ. Volgens het Bayesiaanse informatiecriterium die het beste bij de gegevens past, in feite, geen isotrope component. We toonden aan dat het toestaan ​​van evolutie met roodverschuiving van de parameters die worden gebruikt om in de supernova-lichtcurven te passen, de conclusie niet verandert - en daarmee eerdere kritiek op onze methode weerlegt.

"Onze analyse is gebaseerd op gegevens, maar ondersteunt het theoretische voorstel van Christos Tsagas (Universiteit van Thessaloniki) dat versnelling kan worden afgeleid als we geen Copernicaanse waarnemers zijn, zoals gewoonlijk wordt aangenomen, maar zijn ingebed in een lokale bulkstroom die wordt gedeeld door nabijgelegen sterrenstelsels, zoals het is, inderdaad, opgemerkt. Dit is onverwacht in het standaard kosmologische model, en de reden voor een dergelijke stroom blijft onverklaard. Maar los daarvan, het lijkt erop dat de versnelling een artefact is van onze lokale stroming, dus donkere energie kan niet als oorzaak worden ingeroepen.

"Er zijn, inderdaad, andere sondes van onze expansiegeschiedenis, bijv. de afdruk van akoestische baryon-oscillaties (BAO) in de verdeling van sterrenstelsels, de leeftijden van de oudste sterren, de groeisnelheid van de structuur, enzovoort., maar dergelijke gegevens zijn nog te schaars, en momenteel even goed consistent met een niet-versnellend heelal. De nauwkeurig gemeten temperatuurschommelingen in de CMB zijn niet direct gevoelig voor donkere energie, hoewel de aanwezigheid ervan meestal wordt afgeleid uit de somregel dat hoewel de CMB de ruimtelijke kromming van het universum meet als bijna nul, zijn materiegehalte komt niet overeen met de kritische dichtheid om het zo te maken. Dit is, echter, alleen waar onder de aannames van exacte homogeniteit en isotropie - die nu in het geding zijn."

Professor Sarkar concludeert:"Maar er zal snel vooruitgang worden geboekt. De Large Synoptic Survey Telescope zal veel meer supernova's meten en een dipool in de vertragingsparameter bevestigen of uitsluiten. Het Dark Energy Spectroscopic Instrument en de Euclid-satelliet zullen BAO en lensing nauwkeurig meten. European Extremely Large Telescope zal de 'roodverschuivingsdrift' van verre bronnen over een bepaalde periode meten, en maak zo een directe meting van de expansiegeschiedenis van het heelal."