Bildkredit: ESA
Det var bara för några år sedan som astronomer skakade upp nuvarande modeller av universum med teorin om mörk energi; som säger att universumets expansion faktiskt accelererar. Genom att titta på avlägsna galaxkluster - upp till 10 miljarder ljusår bort - fann ESA-astronomerna att de innehöll mer koncentrerad materia än teorin om mörk energi skulle förutsäga. Om materien var så koncentrerad kan universum inte vara 70% mörk energi.
ESA: s röntgenobservatorium, XMM-Newton, har återlämnat lockande nya data om universums natur. I en undersökning av avlägsna galaxkluster har XMM-Newton funnit förbryllande skillnader mellan dagens galaxklynger och de som finns i universum för omkring sju tusen miljoner år sedan. Vissa forskare hävdar att detta kan tolkas så att den 'mörka energin' som de flesta astronomer nu tror dominerar universum helt enkelt inte finns?
Observationer av åtta avlägsna kluster av galaxer, som är längst bort omkring 10 tusen miljoner ljusår bort, studerades av en internationell grupp astronomer under ledning av David Lumb från ESA: s Space Research and Technology Center (ESTEC) i Nederländerna. De jämförde dessa kluster med de som finns i det närliggande universum. Denna studie genomfördes som en del av det större XMM-Newton Omega-projektet, som undersöker materialets täthet i universum under ledning av Jim Bartlett från College de France.
Kluster av galaxer är otroliga emittrar av röntgenstrålar eftersom de innehåller en stor mängd högtemperaturgas. Denna gas omger galaxer på samma sätt som ånga omger människor i en bastu. Genom att mäta mängden och energin från röntgenstrålar från ett kluster kan astronomer arbeta ut både klustergasens temperatur och även klustermassan.
Teoretiskt, i ett universum där materialens täthet är hög, skulle galaxkluster fortsätta att växa med tiden och borde i genomsnitt innehålla mer massa nu än tidigare.
De flesta astronomer tror att vi lever i ett universum med låg täthet där ett mystiskt ämne, så kallade 'mörk energi', står för 70% av kosmosens innehåll och därför genomsyrar allt. I det här scenariot bör kluster av galaxer sluta växa tidigt i universums historia och se praktiskt taget omöjliga att skilja från dagens.
I en artikel som snart kommer att publiceras av den europeiska tidskriften Astronomy and Astrophysics presenterar astronomer från XMM-Newton Omega Project resultat som visar att galaxkluster i det avlägsna universum inte är som dagens. De verkar ge ut fler röntgenstrålar än idag. Så tydligt har galaxkluster ändrat sitt utseende med tiden.
I ett bifogat papper använder Alain Blanchard från Laboratoire d’Astrophysique de l’Observatoire Midi-Pyrénes och hans team resultaten för att beräkna hur överflödet av galaxklyngar förändras med tiden. Blanchard säger: "Det fanns färre galaxkluster tidigare."
Ett sådant resultat indikerar att universum måste vara en miljö med hög täthet, i tydlig motsats till 'konkordansmodellen', som postulerar ett universum med upp till 70% mörk energi och en mycket låg materialtäthet. Blanchard vet att denna slutsats kommer att vara mycket kontroversiell och säger, "För att redovisa dessa resultat måste du ha mycket materia i universum och som lämnar lite utrymme för mörk energi."
För att förena de nya XMM-Newtonobservationerna med konkordansmodellerna skulle astronomer behöva erkänna ett grundläggande gap i deras kunskap om klustrets beteende och, eventuellt, om galaxerna inom dem. Till exempel skulle galaxer i de avlägsna klusterna behöva injicera mer energi i deras omgivande gas än vad man för närvarande förstår. Den processen bör sedan gradvis avta när klustret och galaxerna i det blir äldre.
Oavsett vilket sätt resultaten tolkas har XMM-Newton gett astronomer en ny inblick i universum och ett nytt mysterium att pussla över. När det gäller möjligheten att XMM-Newton-resultaten helt enkelt är fel, håller de på att bekräftas av andra röntgenobservationer. Om dessa ger samma svar, kanske vi måste tänka om vår förståelse av universum.
Innehållet i universum
Universums innehåll anses allmänt bestå av tre typer av ämnen: normal materia, mörk materia och mörk energi. Normal materia består av atomer som utgör stjärnor, planeter, människor och alla andra synliga objekt i universum. Så ödmjukt som det låter, står normal materia nästan säkert för en liten del av universum, någonstans mellan 1% och 10%.
Ju fler astronomer observerade universumet, desto mer ämne behövde de hitta för att förklara allt. Denna fråga kunde dock inte vara gjord av normala atomer, annars skulle det finnas fler stjärnor och galaxer att se. Istället myntade de beteckningen mörk materia för detta märkliga ämne just för att det undgår vår upptäckt. Samtidigt började fysiker som försöker öka förståelsen för naturkrafterna att tro att nya och exotiska materialpartiklar måste finnas rikligt i universum. Dessa skulle knappast någonsin interagera med normal materia och många tror nu att dessa partiklar är den mörka materien. För närvarande, även om många experiment pågår för att upptäcka partiklar av mörk materia, har ingen varit framgångsrik. Ändå tror astronomer att någonstans mellan 30% och 99% av universum kan bestå av mörk materia.
Mörk energi är det senaste tillskottet till universums innehåll. Ursprungligen introducerade Albert Einstein idén om en genomgripande "kosmisk energi" innan han visste att universum expanderar. Det expanderande universum behövde inte en "kosmologisk konstant" som Einstein kallade sin energi. Emellertid på 1990-talet antydde observationer av exploderande stjärnor i det avlägsna universum att universum inte bara expanderade utan accelererade också. Det enda sättet att förklara detta var att återinföra Einsteins kosmiska energi i en något förändrad form, kallad mörk energi. Ingen vet vad den mörka energin kan vara.
I den för närvarande populära 'konkordansmodellen' i universum anses 70% av kosmos vara mörk energi, 25% mörk materia och 5% normal materia.
Originalkälla: ESA News Release
