Astronomer rundt om i verden er litt svake fordi de ikke ser ut til å være enige om hvor raskt universet ekspanderer.
Helt siden vårt univers kom ut fra en eksplosjon av en bitteliten flekk med uendelig tetthet og tyngdekraft, har det ballong, og heller ikke i jevn takt - utvidelsen av universet blir stadig raskere.
Men hvor raskt den ekspanderer har vært oppe til en svimlende debatt. Målinger av denne utvidelsesgraden fra nærliggende kilder ser ut til å være i konflikt med den samme måling som er tatt fra fjerne kilder. En mulig forklaring er at i utgangspunktet skjer noe funky i universet, som endrer ekspansjonshastigheten.
Og en teoretiker har foreslått at en helt ny partikkel har dukket opp og endrer fremtidens skjebne for hele kosmos.
Hubble, Hubble, slit og problemer
Astronomer har tenkt ut flere smarte måter å måle det de kaller Hubble-parameteren, eller Hubble-konstant (betegnet for folk med travle liv som H0). Dette tallet representerer utvidelsesgraden av universet i dag.
En måte å måle ekspansjonshastigheten i dag er å se på supernovas i nærheten, eksplosjonen av gass og støv som ble lansert fra universets største stjerner etter deres død. Det er en spesiell type supernova som har en veldig spesifikk lysstyrke, slik at vi kan sammenligne hvor lyse de ser ut til hvor lyse vi vet at de skal være og beregne avstanden. Ved å se på lyset fra supernovas vertsgalakse kan astrofysikere også beregne hvor raskt de beveger seg bort fra oss. Ved å sette sammen alle brikkene, kan vi da beregne universets ekspansjonshastighet.
Men det er mer i universet enn eksploderende stjerner. Det er også noe som kalles den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, som er det resterende lyset like etter Big Bang, da universet vårt var en bare baby, bare 380 000 år gammel. Med oppdrag som Planck-satellitten som har til oppgave å kartlegge denne reststrålingen, har forskere utrolig presise kart over denne bakgrunnen, som kan brukes til å få et veldig nøyaktig bilde av innholdet i universet. Og derfra kan vi ta ingrediensene og kjøre klokken fremover med datamodeller og være i stand til å si hva utvidelsesgraden skal være i dag - forutsatt at de grunnleggende ingrediensene i universet ikke har endret seg siden den gang.
Disse to estimatene er nok uenige for å gjøre folk litt bekymret for at vi savner noe.
Se til den mørke siden
Kanskje er en eller begge målinger feil eller ufullstendige; mange forskere på hver side av debatten slynger passende mengde gjørme mot motstanderne. Men hvis vi antar at begge målingene er nøyaktige, trenger vi noe annet for å forklare de forskjellige målingene. Siden en måling kommer fra det tidlige universet, og en annen kommer fra mer relativt nyere tid, er tanken at kanskje en eller annen ny ingrediens i kosmos endrer universets utvidelsesgrad på en måte som vi ikke allerede har fanget opp i modeller.
Og det som dominerer universets utvidelse i dag, er et mystisk fenomen som vi kaller mørk energi. Det er et kjempebra navn på noe vi i utgangspunktet ikke forstår. Alt vi vet er at universets ekspansjonshastighet akselererer, og vi kaller kraften som driver denne akselerasjonen "mørk energi."
I våre sammenligninger fra det unge universet til dagens univers, antar fysikere at mørk energi (hva enn det er) er konstant. Men med denne antagelsen har vi den nåværende uenigheten, så kanskje mørk energi er i endring.
Jeg antar at det er verdt et skudd. La oss anta at mørk energi er i endring.
Forskere har en snikende mistanke om at mørk energi har noe å gjøre med energien som er låst i selve vakuumet i romtiden. Denne energien kommer fra alle "kvantefeltene" som gjennomsyrer universet.
I moderne kvantefysikk er hver eneste type partikkel bundet til sitt eget spesielle felt. Disse feltene vasker gjennom all tid, og noen ganger blir deler av åkrene veldig begeistret på steder og blir partikler som vi kjenner og elsker - som elektroner og kvarker og nøytrinoer. Så alle elektronene tilhører elektronfeltet, alle nøytrinoer tilhører nøytrinofeltet, og så videre. Samspillet mellom disse feltene danner det grunnleggende grunnlaget for vår forståelse av kvanteverdenen.
Og uansett hvor du går i universet, kan du ikke unnslippe kvantefeltene. Selv når de ikke vibrerer nok på et bestemt sted til å lage en partikkel, er de fortsatt der, vrikker og vibrerer og gjør sin normale kvante ting. Så disse kvantefeltene har en grunnleggende mengde energi assosiert med dem, selv i det blotte tomme vakuumet.
Hvis vi ønsker å bruke den eksotiske kvanteenergien i romtidens vakuum for å forklare mørk energi, får vi øyeblikkelig problemer. Når vi utfører noen veldig enkle, veldig naive beregninger av hvor mye energi det er i vakuumet på grunn av alle kvantefeltene, ender vi opp med et tall som er omtrent 120 størrelsesordener sterkere enn det vi observerer mørk energi å være. Uff da.
På den annen side, når vi prøver noen mer sofistikerte beregninger, ender vi opp med et tall som er null. Noe som også er uenig med den målte mengden mørk energi. Hvem igjen.
Så uansett hva, har vi det veldig vanskelig å prøve å forstå mørk energi gjennom språket i vakuumenergien i romtid (energien skapt av disse kvantefeltene). Men hvis disse målingene av ekspansjonshastigheten er nøyaktige og mørk energi virkelig endrer seg, kan dette gi oss en pekepinn på arten av de kvantefeltene. Spesifikt, hvis mørk energi er i endring, betyr det at kvantefeltene i seg selv har endret seg.
En ny fiende dukker opp
I en fersk artikkel publisert online i preprint-tidsskriftet arXiv, har teoretisk fysiker Massimo Cerdonio ved University of Padova beregnet mengden endring i kvantefeltene som trengs for å redegjøre for endringen i mørk energi.
Hvis det er et nytt kvantefelt som er ansvarlig for endringen i mørk energi, betyr det at det er en ny partikkel der ute i universet.
Og mengden endring i mørk energi som Cerdonio beregnet krever en viss type partikkelmasse, som viser seg å være omtrent den samme massen til en ny type partikkel som allerede er forutsagt: den såkalte aksjonen. Fysikere oppfant denne teoretiske partikkelen for å løse noen problemer med vår kvanteforståelse av den sterke kjernekraften.
Denne partikkelen dukket antagelig opp i det ganske tidlige universet, men har "luret" i bakgrunnen mens andre krefter og partikler kontrollerte universets retning. Og nå er det aksjonen sin tur ...
Likevel har vi aldri oppdaget en aksjon, men hvis disse beregningene er riktige, betyr det at aksjonen er der ute, og fyller universet og dets kvantefelt. Også denne hypotetiske aksjonen gjør seg allerede bemerket ved å endre mengden mørk energi i kosmos. Så det kan være at selv om vi aldri har sett denne partikkelen i laboratoriet, endrer den allerede universet vårt på det aller største skalaene.
