우주론의 균열 :우리 우주가 더해지지 않는 이유

암흑 물질, 암흑 에너지 및 인플레이션

우주론은 최고의 과학입니다. 그것은 우주의 탄생, 진화 및 운명을 다룹니다. 표준 모델은 빅뱅, 암흑 물질, 암흑 에너지 및 인플레이션의 여러 성분으로 구성됩니다.

먼저, 빅뱅을 타십시오. 천문학 자들은 은하계가 은하계가 하나 인 우주의 기본 빌딩 블록이 타이타닉 폭발의 여파로 서로 멀어지고 있음을 알 수 있습니다. 그들은 또한 우주가 유물 열 - 우주 배경 방사선에 의해 스며 든다는 것을 관찰합니다.

이 두 가지 관찰은 함께 천문학 자들이 우주가 과거에 더 작고 뜨거웠다 고 말합니다. 실제로 표준 그림에 따르면, 우주는 1382 억 8 천만 년 전에 물집이 풍부한 뜨거운 불 덩어리에서 태어 났으며 그 이후로 은하가 냉각 잔해물에서 튀어 나오면서 확장 해 왔습니다.

그러나 기본 빅뱅 그림에는 관찰과 충돌하기 때문에 몇 가지 추가 성분이 필요합니다. 첫째, 가장 심각하게, 그것은 우리가 존재하지 않아야한다고 예측합니다.

2021 년에 알아야 할 아이디어를 더 많이 읽으십시오 :

• 클론의 상승 :복제가 이미 일어나고있는 7 가지 방법
• Swarm Spacecraft가 우리가 이전에 결코 지구를 이해하는 데 도움이 될 수있는 방법
• 리사이드 :야생 동물과 기후 변화를 구할 수 있습니까?
• 공포증, 편집증 및 PTSD :가상 현실 요법이 정신 건강 치료의 국경 인 이유

기본 빅뱅에 따르면, 원시 불 덩어리에서 물질이 나타 났을 때 그것은 매우 매끄럽게 퍼졌습니다. 그 후, 평균보다 약간 밀도가 높은 영역은 더 강한 중력으로 더 빨리 물질을 끌어 당겼습니다. 부자와 유사한이 과정의 결과는 오늘날 우리가 보는 은하였습니다. 문제는 은하계를 우리 은하수처럼 모이는 데 13.82 억년 이상이 걸렸을 것입니다.

우주 학자들은 기본 빅뱅에 보이지 않는 암흑 물질을 볼트로 볼 수있게함으로써 문제를 해결합니다. 보이지 않는 암흑 물질은 눈에 보이는 별과 은하의 6 배를 능가하며, 여분의 중력이 은하계 형성을 가속화했습니다.

기본 빅뱅 그림이 관찰과 충돌하는 두 번째 방법은 우주 확장이 느려져야한다고 예측한다는 것입니다. 중력은 은하 사이에 탄성의 웹처럼 작용하여 서로 돌진을 제동합니다. 그러나 1998 년 천문학 자들은 모든 기대와는 달리 확장 속도가 상승하고 있음을 발견했습니다.

그들은 보이지 않는 모든 공간을 채우고 반발력이있는 기본 빅뱅에 어두운 에너지를 볼트로 볼 수있게함으로써 이것을 고정시킵니다. 우주 팽창 속도를 높이는 것은 암흑 에너지입니다.

빅뱅 그림이 관찰과 충돌하는 세 번째 방법은 우주가 우주 배경 방사선의 온도 인 어느 곳에서나 같은 온도를 가지고 있다는 것입니다. 그 온도는 2.726k입니다 (절대 0은 0k). 빅뱅 초반에, 오늘날 하늘의 반대편에있는 지역은 온도를 평등하게하기에는 너무 멀리 떨어져있었습니다.

우주론 학자들은 초기에 우주가 예상보다 훨씬 작다고 가정함으로써 이것을 고치고있다. 그러므로 현재 규모를 1382 억 년 만에 달성하기 위해 더 빠르게 확장되었을 것입니다.

실제로, 우주는 첫 번째로 스플릿 한 초에 H-Bomb의 폭발에 비유되어 폭력적으로 확장 된 것으로 여겨집니다. 이것은 빅뱅 확장의 다이너마이트 스틱과 비교되며, 초기 '인플레이션'이 스팀이 부족할 때 인수했습니다.

거기에 있습니다. 우주론의 표준 모델 =빅뱅 + 인플레이션 + 암흑 물질 + 암흑 에너지. 기술적으로 'Lambda-CDM'이라는 이름이 있습니다. 빅뱅 + 인플레이션은 암시 적으로 가정되는 반면, 람다는 암흑 에너지에 대한 속기와 차가운 암흑 물질의 경우 CDM이며, '차가운'은 그 구성 요소가 느리게 움직여서 중력이 덩어리에 집중할 수 있음을 의미합니다.

추운 암흑 물질에 문제가 있습니다

Lambda-CDM이 관찰과 충돌하는 첫 번째 방법은 은하의 클러스터와 관련이 있습니다. 차가운 암흑 물질 모델에 따르면, 중력은 갤럭시 클러스터보다 작은 것들을 포함하여 암흑 물질이 다양한 비늘을 덩어리게합니다.

나중에, 평범한 물질 (별으로 형성)이 들어옵니다.이‘수하 로스’는 별이 많을 수도 있지만 일부 수하 로스에는 별이 없거나 별이 거의 없어서 보이지 않는 별이 거의 없습니다. 그러나 그것들을 공개하는 방법이 있습니다.

이탈리아 볼로냐에있는 National Astrophysics Institute의 Massimo Meneghetti 박사가 이끄는 팀은 허블 우주 망원경과 칠레의 유럽 남부 천문대의 매우 큰 망원경으로 11 개의 은하계 클러스터를 관찰했습니다. 그들은 더 먼 은하의 빛과 보이지 않는 하위 할로스를 지나가는 이유가 왜곡 된 방법 또는 '중력 렌즈'를 조사했습니다.

놀랍게도, Subhalos의 렌즈는 예상보다 훨씬 강해서 매우 작다는 것을 나타냅니다. 이 하위 할로스를 유지하는 차가운 암흑 물질 모델과의 충돌은 훨씬 더 심화되어야합니다.

Meneghetti는“우리는 데이터를 분석하는 방식이나 이론적 예측을하는 방식으로 인해이 이상이 발생할 수 있는지 알아야합니다. "설명하지 않으면 유일한 옵션은 모델을 수정하는 것입니다."

한 가지 가능성은 암흑 물질이 우리가 생각했던 것으로 만들어지지 않았다는 것입니다. 선호하는 후보자는 중력을 통해서만 일반적인 물질과 상호 작용하는 방대하고 약하게 상호 작용하는 입자입니다. 이러한 약하게 상호 작용하는 거대한 입자 또는 WIMP는 입자 물리학 표준 모델의 일부가 아니라 '초대칭'이라는 투기 이론에 의해 예측됩니다.

Meneghetti는“어쩌면 암흑 물질은 다양한 방식으로 Wimps와 상호 작용하는 입자로 구성되어있을 것입니다. "가능한 대안에는 '멸균 중성미자'라는 새로운 유형의 중성미자,‘axions’라는 다른 클래스의 입자 또는 빅뱅 직후에 형성된 원시적 인 블랙홀도 포함됩니다."

우주론에 대해 자세히 알아보십시오 :

• 전체 우주를 정의하는 6 개의 숫자
• 빅뱅이 시작이 아니라면 어떨까요?

물질의 부드러움

Lambda-CDM과 관찰 사이의 두 번째 충돌은 대규모 물질의 덩어리와 관련이 있습니다.

네덜란드의 Leiden Observatory에서 Koen Kuijken 교수가 이끄는 한 팀은 유럽 킬로 학위 조사 (KIDS)의 최신 데이터 릴리스에서 3 천 3 백만 매우 희미한 은하의 배포를 살펴 보았습니다. Kids Collaboration은 칠레에서 매우 큰 망원경의 설문 조사 망원경을 사용하여 두 개의 큰 하늘을 관찰했습니다.

구체적으로, Kuijken의 팀은이 은하의 빛이 어떻게 그들과 지구 사이의 문제에 의해 중력으로 렌즈를 받았는지 분포를 가능하게했습니다.

그것은 냉담한 바탕 직후에 우주의 밀도에서 매우 작은 변화를 가져 오는 냉기 암흑 물질 모델에 의해 예측 된 것보다 8.3 % 더 매끄럽다는 것을 발견했다.

다시 한 번, 변칙은 데이터에 대한 더 나은 분석이나 Cold Dark Matter 모델의 수정으로 사라질 수 있습니다. 아니면 모델이 근본적으로 잘못되었다고 말할 수 있습니다.

허블 상수 측정

Lambda-CDM과 'Hubble Tension'으로 알려진 관찰 사이의 세 번째 충돌은 우주의 현재 확장 속도의 척도 인 Hubble 상수와 관련이 있습니다. 그것을 측정하는 방법에는 두 가지가 있으며 서로 모순됩니다.

한 가지 방법은 하늘을 가로 질러 우주 배경 방사선의 온도에서 미묘한 변화를 보는 것입니다. 이것들은 우주 크기의 욕조에서 물처럼 물에 빠지면서 처음에는 물질과 방사선의 '유체'에 의해 방사선에 각인되었습니다.

이 슬로 싱 모드에서 모든 주요 우주 론적 매개 변수를 추출 할 수 있습니다. 예를 들어, 유럽 플랑크 위성은 우주가 4.9 % 원자 물질, 26.8 % 암흑 물질, 68.3 % 암흑 에너지라는 것을 발견했습니다.

결정적으로, 이러한 관찰은 또한 초기 우주에서 허블 상수를 보여 주며, 이것은 현재까지 외삽 될 수있다. 여기에 문제가 있습니다 :외삽 된 값은 오늘날 관찰 된 허블 상수보다 약 10 % 더 작습니다.

염두에 두어야 할 핵심은 우주 배경 방사선에서 추론 된 허블 상수가 물리학이 단순하고 잘 이해되기 때문에 매우 정확하다는 것입니다. 그러나 오늘날의 우주에서 허블 상수의 측정은 크루더이며 문제로 가득 차 있습니다.

이러한 측정에는 Cepheid 변수 및 Type 1A Supernovae와 같이 항상 동일한 고유 광도를 갖는 것으로 여겨지는 물체를 찾는 것이 포함됩니다. 자정에 필드를 가로 질러 닥친 표준 100W 전구와 마찬가지로, 그러한 '표준 촛불'은 상대적인 희미함에 의해 상대적인 거리를 드러냅니다.

문제는 그러한 별의 물리학이 잘 이해되지 않으며 우리가 원하는만큼 표준이 아닐 수도 있다는 것입니다. 따라서 우주 팽창으로 우리에게서 끌려 갈 때 표준 촛불의 거리에 대한 이러한 측정은 오류가 발생하여 결국 우주 배경 방사선의 일정한 일정한 일정을 생성 할 수 있습니다.

천문학에 대해 자세히 알아보십시오 :

• 8 아름다운 허블 우주 망원경 이미지 이전에 보지 못했을 것입니다
• 모든 스타 게이저가 지금 당장 다운로드 해야하는 최고의 5 앱

완전히 새로운

다른 한편으로, 자연이 우주에 대해 새로운 것을 말하고 있다는 것은 아마도있을 수 있습니다. 하버드 대학교의 아브라함 로브 (Abraham Loeb) 교수는“ '우주론의 표준 모델'은 무지의 입원이다.

“우리는 자연이‘암흑 물질’과‘암흑 에너지’로 모르는 구성 요소를 표시합니다. 우리는 그들이 무엇인지 알지 못하기 때문에 현실을 지나치게 단순화 할 수있는 매우 조잡한 모델입니다.”

Loeb는 암흑 물질이 한 유형의 암흑 물질 입자의 유체가 아닐 수도 있다고 지적합니다. "단일 암흑 물질 입자가 아니라 다른 질량과 상호 작용의 입자가 혼합되어있을 수 있습니다."라고 그는 말합니다. 암흑 물질은 평범한 물질과 마찬가지로 복잡 할 수 있으며,이 물질은 자연적으로 발생하는 요소 92 개로 조립되는 쿼크와 ​​전자로 구성됩니다.

또한, 암흑 물질 입자는 복잡한 방식으로 행동 할 수 있습니다. 예를 들어, 그들은 우주의 시대에 걸쳐 부패하여 중력을 풀고 브레이크를 우주적 팽창에서 벗어날 수 있습니다. 우주 확장 속도에 대한 이러한 향상은 허블 장력을 완화시킬 것입니다.

허블 장력을 확인하거나 반박하는 한 가지 가능한 방법은 표준 촛불보다는 '표준 사이렌'을 사용하는 것입니다. 중력파는 음파와 비슷한 시공간의 진동이며 중성자 별의 합병은 등대의 안개처럼 표준 사이렌을 만드는 것으로 여겨집니다. 소리가 더 조용할수록 사이렌이 더 멀리 떨어져 있습니다.

Loeb은“중력파 소스는 현재 가지고있는 불확실성을 해결하기위한 가장 강력한 방법을 제공합니다. 희망은 그러한 기술이 다른 관찰 사이의 현재 모순이 실제인지를 보여줄 것이라는 희망입니다.

우주론의 표준 모델은 다중 보이지 않는 구성 요소에도 불구하고 비교적 간단합니다. 그러나 단순성은 우리를 현실로 눈을 멀게 할 수 있으며, 이는 더 복잡 할 수 있습니다. Loeb는“자연”은“가장 간단한 버전을 준수 할 의무가 없습니다.”

• 이 기사는 BBC Science Focus Magazine의 358 호에 처음 등장했습니다. - 여기에서 구독하는 방법을 알아보십시오

스타 게이징 팁을 찾고 계십니까? 초보자 영국 가이드를위한 완전한 천문학을 확인하십시오.