Simulasi komputer terbesar di alam semesta yang pernah ada meningkatkan dilema kosmologi
Kita melihat banyak sekali bintang dan galaksi berkelap-kelip di alam semesta saat ini, namun berapa banyak sebenarnya materi yang ada di sana? Pertanyaannya cukup sederhana, namun jawabannya terkesan mengejutkan.
Dilema ini muncul terutama karena pengamatan kosmologis saat ini tidak sepakat mengenai distribusi materi di alam semesta saat ini.
Sebuah simulasi komputer baru yang melacak bagaimana semua elemen alam semesta – materi biasa, materi gelap, dan energi gelap – berevolusi sesuai hukum fisika akan berguna. Gambar yang menakjubkan menunjukkan galaksi dan gugusan galaksi yang terlihat pada gambar Semestadiberi makan oleh apa yang disebut Jaringan kosmik. Jaringan ini adalah Struktur terbesar di alam semestaterbuat dari filamen yang tersusun dari materi biasa, atau materi baryonik, dan Materi gelap.
Tidak seperti simulasi sebelumnya yang hanya mengamati materi gelap, penelitian baru ini, yang dilakukan oleh proyek bernama FLAMINGO (kependekan dari Full-Scale Large-Scale Structure Simulasi dengan All-Sky Mapping to Interpret Next Generation Observations), juga melacak materi biasa.
Terkait: Apakah kita hidup dalam simulasi? Masalah dengan hipotesis yang membingungkan ini.
“Meskipun materi gelap mendominasi gravitasi, kontribusi materi biasa tidak dapat lagi diabaikan,” kata Jupp Shaye, profesor di Universitas Leiden di Belanda dan salah satu penulis tiga studi baru pada proyek Flamingo, dalam sebuah artikel. penyataan.
Mengenai berapa banyak materi yang sebenarnya terkandung di alam semesta, para astronom mengatakan simulasi komputer seperti ini tidak hanya menarik perhatian kosmik tetapi juga penyelidikan penting untuk membantu menentukan penyebab perbedaan besar dalam kosmologi yang disebut “ketegangan S8.” Inilah perdebatan yang sedang berlangsung tentang bagaimana materi didistribusikan di alam semesta.
Apa itu ketegangan S8?
Saat menjelajahi alam semesta, para astronom terkadang menggunakan apa yang disebut parameter S8. Parameter ini pada dasarnya menggambarkan seberapa “menggumpal” atau padatnya semua materi di alam semesta kita, dan dapat diukur secara tepat menggunakan apa yang dikenal sebagai observasi pergeseran merah rendah. Ini digunakan oleh para astronom Pergeseran merah Untuk mengukur seberapa jauh suatu benda berada Tanahdan studi pergeseran merah rendah seperti “lemah Lensa gravitasi “Survei” dapat menjelaskan proses yang terjadi di alam semesta yang jauh, dan karenanya lebih tua.
Namun nilai S8 juga dapat diprediksi menggunakan suatu fungsi Bentuk standar Kosmologi. Para ilmuwan pada dasarnya dapat menyesuaikan model agar sesuai dengan sifat-sifat objek yang diketahui Latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB), yang merupakan sisa radiasi dari Big Bang, dan menghitung penggumpalan materi dari sana.
Jadi, inilah masalahnya.
Eksperimen CMB menemukan nilai S8 yang lebih tinggi dibandingkan survei pelensaan gravitasi lemah. Para kosmolog tidak mengetahui alasannya, dan mereka menyebut kontradiksi ini sebagai ketegangan S8.
Faktanya, ketegangan S8 adalah krisis yang sedang terjadi dalam kosmologi yang tidak jauh berbeda dengan sepupunya yang terkenal: Ketegangan HubbleYang mengacu pada kontradiksi yang dihadapi para ilmuwan dalam menentukan laju perluasan alam semesta.
Alasan mengapa simulasi baru tim tidak memberikan jawaban terhadap masalah jitter S8 adalah masalah besar, karena tidak seperti simulasi sebelumnya yang hanya memperhitungkan efek materi gelap pada alam semesta yang berevolusi, simulasi terbaru ini memperhitungkan efek dari materi gelap. hal biasa juga. Berbeda dengan materi gelap, materi ini diatur oleh materi biasa gravitasi Serta tekanan yang ditimbulkan oleh gas di seluruh alam semesta. Misalnya didorong oleh angin galaksi Supernova Letusan dan terakumulasi secara aktif Lubang hitam supermasif Ini adalah proses penting yang mendistribusikan kembali materi biasa dengan meniupkan partikel-partikelnya ke dalam galaksi ruang angkasa.
Namun, mempelajari karya baru materi biasa serta beberapa angin galaksi yang lebih ekstrem belum cukup untuk menjelaskan lemahnya penggumpalan materi yang diamati di alam semesta saat ini.
“Saya di sini bingung,” kata Shay kepada Space.com. “Kemungkinan yang menarik adalah ketegangan ini menunjukkan kelemahan dalam Model Standar kosmologi, atau bahkan Model Standar fisika.”
gambar 1 ke 4
Fisika yang aneh atau model yang cacat?
Lantas, dari mana asal mula ketegangan S8 ini?
“Kami tidak tahu apa yang membuat hal ini begitu menarik,” Ian McCarthy, ahli astrofisika teoretis di Liverpool John Morris University di Inggris dan salah satu penulis tiga studi baru, mengatakan kepada Space.com.
Namun simulasi komputer, seperti yang dilakukan oleh FLAMINGO, dapat membawa kita selangkah lebih dekat. Hal ini mungkin dapat membantu mengungkap alasan kegelisahan S8 karena peta besar hipotetis alam semesta dapat membantu mengidentifikasi potensi kesalahan dalam pengukuran kita saat ini. Misalnya, para astronom perlahan-lahan mengesampingkan penjelasan yang lebih biasa mengenai masalah ini, seperti fakta bahwa hal ini mungkin disebabkan oleh ketidakpastian umum dalam pengamatan struktur berskala besar atau terkait dengan masalah di CMB itu sendiri.
Faktanya, tim memperkirakan bahwa efek materi alami mungkin jauh lebih kuat dibandingkan simulasi saat ini. Namun, hal ini juga tampaknya tidak mungkin terjadi, karena simulasi tersebut sangat sesuai dengan sifat galaksi dan gugus galaksi yang diamati.
“Semua kemungkinan ini sangat menarik dan memiliki implikasi penting bagi fisika fundamental dan kosmologi,” kata McCarthy. Namun kemungkinan yang paling menarik adalah “Model Standar salah dalam beberapa hal.”
Misalnya, materi gelap mungkin memiliki sifat aneh yang berinteraksi sendiri yang tidak diperhitungkan dalam Model Standar, dan jitter S8 dapat mengindikasikan runtuhnya teori gravitasi kita pada skala yang lebih besar, kata McCarthy.
Namun, simulasi terbaru melacak efek materi alami dan partikel subatom yang dikenal sebagai… Neutrino – Keduanya terbukti penting untuk membuat prediksi akurat tentang bagaimana galaksi berevolusi selama berabad-abad – namun keduanya tidak menyelesaikan masalah tegangan S8.
Inilah hal yang mengejutkan: Pada pergeseran merah yang rendah, alam semesta terlihat tidak terlalu menggumpal dibandingkan yang diperkirakan oleh Model Standar. Tapi pengukuran yang menyelidiki struktur alam semesta di antara Pengukuran CMB dan pergeseran merah rendah “sepenuhnya konsisten dengan prediksi model standar,” kata McCarthy. “Alam semesta tampaknya berperilaku seperti yang diharapkan dalam sebagian besar sejarah kosmik, tetapi hal ini kemudian berubah dalam sejarah kosmik.”
Mungkin kunci untuk menyelesaikan ketegangan S8 terletak pada menjawab apa sebenarnya yang mendorong perubahan ini.
Penelitian ini adalah dijelaskan di dalam tiga Daun-daun Diterbitkan dalam Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
“Pemikir jahat. Sarjana musik. Komunikator yang ramah hipster. Penggila bacon. Penggemar internet amatir. Introvert.”
