.MIT Study Reveals: Early Dark Energy Key to Universe’s Greatest Mysteries

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MIT 연구 결과: 우주의 가장 큰 미스터리를 푸는 열쇠는 초기 암흑 에너지

밝은 은하계

Jennifer Chu, 매사추세츠 공과 대학2024년 9월 22일

은하의 초기 씨앗 밝은 은하계 새로운 연구에 따르면, 초기 암흑 에너지가 우주의 아주 초기에 수많은 밝은 은하의 형성을 촉발했을 수 있다고 합니다. 신비로운 미지의 힘으로 인해 은하의 초기 씨앗(위 이미지에 묘사됨)이 이론에서 예측하는 것보다 훨씬 더 많은 밝은 은하(아래 이미지)를 싹틔웠을 수 있습니다. 출처: Josh Borrow/Thesan Team

MIT 물리학자들은 신비한 힘인 초기 암흑 에너지가 "허블 텐션"을 해결하고 수많은 밝은 초기 은하를 놀랍게도 발견하는 데 중요한 열쇠가 될 수 있다고 제안합니다. 빅뱅 직후 우주에 영향을 미쳤다고 생각되는 이 형태의 에너지는 우주가 오늘날 관찰되는 속도로 확장되는 이유와 이전에 생각했던 것보다 초기에 더 많은 대형 은하가 있었던 이유를 설명할 수 있습니다. 이 발견은 초기 암흑 에너지가 초기 우주 구조를 크게 변경하여 그 기간 동안 형성된 밝은 은하의 수를 잠재적으로 증가시킬 수 있음을 시사합니다.

MIT 물리학자들의 새로운 연구에 따르면, 초기 암흑 에너지라고 알려진 신비한 힘이 우주론의 두 가지 가장 큰 수수께끼를 풀고 초기 우주의 진화에 대한 우리의 이해의 몇 가지 큰 공백을 메울 수 있다고 합니다. 우주의 수수께끼와 초기 암흑 에너지 문제의 한 가지 퍼즐은 "허블 텐션"으로, 우주가 얼마나 빨리 확장되는지에 대한 측정의 불일치를 말합니다. 다른 하나는 초기 우주가 훨씬 덜 붐볐어야 할 시기에 존재했던 수많은 초기의 밝은 은하에 대한 관찰과 관련이 있습니다. 이제 MIT 팀은 초기 우주에 하나의 덧없는 성분, 즉 초기 암흑 에너지가 있다면 두 퍼즐을 모두 풀 수 있다는 것을 발견했습니다.

-암흑 에너지는 물리학자들이 오늘날 우주의 확장을 주도하고 있다고 의심하는 알려지지 않은 에너지 형태입니다. 초기 암흑 에너지는 우주의 확장에 영향을 미치고 완전히 사라지기 전에 잠깐 나타났을 수 있는 비슷한 가설적 현상입니다. 일부 물리학자들은 초기 암흑 에너지가 허블 장력을 해결하는 열쇠가 될 수 있다고 의심해 왔습니다. 이 신비한 힘은 측정 불일치를 해소할 만큼 우주의 초기 팽창을 가속화할 수 있기 때문입니다.

-초기 우주 역학에서 초기 암흑 에너지의 역할 MIT 연구원들은 이제 초기 암흑 에너지가 천문학자들이 초기 우주에서 관찰한 당혹스러운 수의 밝은 은하를 설명할 수도 있다는 것을 발견했습니다. 9월 13일 Royal Astronomical Society의 월간 보고 에 보고된 그들의 새로운 연구에서 , 연구팀은 우주의 처음 수억 년 동안 은하의 형성을 모델링했습니다. 그들이 그 가장 초기의 시간 조각에만 암흑 에너지 성분을 통합했을 때, 그들은 원시 환경에서 발생한 은하의 수가 천문학자들의 관찰에 맞게 번성하는 것을 발견했습니다.

MIT의 Kavli 천체물리학 및 우주연구소의 포스트닥인 공동연구자 Rohan Naidu는 " 이 두 가지 솟아오르는 미완성 퍼즐이 있습니다."라고 말합니다. "사실 초기 암흑 에너지는 우주론에서 가장 시급한 두 가지 문제에 대한 매우 우아하고 희소한 해결책이라는 것을 발견했습니다." 이 연구의 공동 저자로는 주저자이자 카블리 박사후 연구원인 쉬에지안(제이콥) 센, MIT 물리학 교수인 마크 포겔스버거, 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 마이클 보일런-콜친, 케임브리지 대학교의 산드로 타켈라가 있습니다. 빅 시티 라이트 표준 우주론 및 은하 형성 모델에 따르면, 우주는 최초의 은하를 회전시키는 데 시간이 걸렸을 것입니다.

원시 가스가 은하수만큼 크고 밝은 은하로 합쳐지는 데는 수십억 년이 걸렸을 것 입니다 . 하지만 2023년 NASA 의 제임스 웹 우주 망원경 (JWST)은 놀라운 관찰을 했습니다. 지금까지 어떤 천문대보다 더 먼 과거를 들여다볼 수 있는 능력을 가진 이 망원경은 우주가 현재 나이의 3%에 불과했던 5억 년 전에 현대 은하수만큼 큰 밝은 은하를 놀라울 정도로 많이 발견했습니다.

"JWST가 본 밝은 은하계는 대도시 주변에 빛이 모이는 것과 같았을 것입니다. 반면 이론은 옐로스톤 국립공원과 같은 시골 지역 주변에 빛이 모이는 것과 비슷한 것을 예측합니다."라고 쉔은 말합니다. "그리고 우리는 그렇게 일찍 빛이 모이는 것을 기대하지 않습니다." 물리학자들에게 관찰 결과는 모델의 근간이 되는 물리학에 근본적으로 잘못된 것이 있거나 과학자들이 설명하지 못한 초기 우주의 누락된 성분이 있다는 것을 의미합니다. MIT 팀은 후자의 가능성과 누락된 성분이 초기 암흑 에너지일 수 있는지를 탐구했습니다.

-물리학자들은 초기 암흑 에너지가 매우 초기 시기에만 켜지는 일종의 반중력이라고 제안했습니다. 이 힘은 중력의 내부 인력을 상쇄하고 우주의 초기 확장을 가속화하여 측정의 불일치를 해결할 것입니다. 따라서 초기 암흑 에너지는 허블 장력에 대한 가장 가능성 있는 해결책으로 간주됩니다. 갤럭시 스켈레톤 MIT 팀은 초기 암흑 에너지가 JWST에서 감지한 예상치 못한 크고 밝은 은하의 집단을 설명하는 열쇠가 될 수 있는지 탐구했습니다. 그들의 새로운 연구에서 물리학자들은 초기 암흑 에너지가 최초의 은하를 낳은 우주의 초기 구조에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 고려했습니다.

그들은 중력이 더 강하고 물질이 축적되기 시작하는 공간 영역인 암흑 물질 헤일로의 형성에 집중했습니다. "우리는 암흑 물질 헤일로가 우주의 보이지 않는 골격이라고 믿습니다." 쉔이 설명합니다. "암흑 물질 구조가 먼저 형성되고, 그런 다음 이 구조 내에서 은하가 형성됩니다. 따라서 밝은 은하의 수는 큰 암흑 물질 헤일로의 수에 비례할 것으로 예상합니다."

미래의 의미와 이론적 기여

이 팀은 초기 은하 형성에 대한 경험적 프레임워크를 개발했는데, 이는 "우주적 매개변수"에 대한 몇 가지 척도를 감안하여 초기 우주에서 형성되어야 할 은하의 수, 광도, 크기를 예측합니다. 우주적 매개변수는 우주의 진화를 설명하는 기본 요소 또는 수학적 용어입니다.

물리학자들은 적어도 여섯 가지 주요 우주론적 매개변수가 있다고 밝혔는데, 그 중 하나가 허블 상수입니다. 허블 상수는 우주의 팽창 속도를 설명하는 용어입니다. 다른 매개변수는 빅뱅 직후 원시 수프의 밀도 변동을 설명하는데, 여기서 암흑 물질 헤일로가 결국 형성됩니다. MIT 팀은 초기 암흑 에너지가 허블 장력을 해소하는 방식으로 우주의 초기 팽창 속도에 영향을 미친다면, 다른 우주론적 매개변수의 균형에 영향을 미쳐 초기에 나타나는 밝은 은하의 수를 늘릴 수 있다고 추론했습니다.

이론을 테스트하기 위해, 그들은 초기 암흑 에너지 모델(허블 장력을 해소하는 것과 동일)을 경험적 은하 형성 프레임워크에 통합하여 가장 초기의 암흑 물질 구조가 어떻게 진화하여 최초의 은하를 낳았는지 확인했습니다. "우리가 보여주는 것은 초기 우주의 골격 구조가 미묘한 방식으로 변화하여 변동의 진폭이 증가하고 더 큰 후광과 더 밝은 은하가 더 이른 시기에 제자리에 있다는 것입니다.

우리의 더 바닐라 모델보다 더 그렇습니다." 나이두가 말합니다. "이것은 초기 우주에서 사물이 더 풍부하고 더 밀집되어 있었다는 것을 의미합니다."

결론 및 미래 연구에 대한 관점

"선험적으로, 저는 JWST의 초기 밝은 은하의 풍부함이 초기 암흑 에너지와 관련이 있을 것이라고는 예상하지 못했지만, EDE가 초기 은하의 풍부함을 증가시키는 방향으로 우주론적 매개변수를 밀어붙인다는 그들의 관찰은 흥미롭습니다." 연구에 참여하지 않은 존스 홉킨스 대학의 이론 물리학 교수인 마크 카미온코프스키가 말했다. "초기 은하와 EDE 사이의 연관성을 확립하기 위해 더 많은 연구가 필요할 것이라고 생각하지만, 상황이 어떻게 전개되든, 시도해 볼 만한 영리하고 궁극적으로는 결실을 맺을 만한 일입니다." " 우리는 우주론이 직면한 두 가지 주요 문제에 대한 통합된 솔루션으로서 초기 암흑 에너지의 잠재력을 입증했습니다. 이는 JWST의 관측 결과가 더욱 통합되면 그 존재에 대한 증거가 될 수 있습니다." Vogelsberger는 결론을 내립니다. "미래에 우리는 이것을 대규모 우주론적 시뮬레이션에 통합하여 어떤 자세한 예측을 얻을 수 있는지 확인할 수 있습니다."

참고문헌: “초기 은하와 초기 암흑 에너지: JWST 에서 밝혀진 허블 장력과 거대한 밝은 은하의 퍼즐에 대한 통합 솔루션 ”, 저자: Xuejian Shen, Mark Vogelsberger, Michael Boylan-Kolchin, Sandro Tacchella, Rohan P Naidu, 2024년 9월 13일, 월간 왕립 천문학회 공지 . DOI: 10.1093/mnras/stae1932 이 연구는 일부 NASA와 미국 과학 재단의 지원을 받았습니다. 천문학 천체물리학 암흑 에너지 매사추세츠 공과대학(MIT)

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mssoms memo 240230437

In the early universe, dark energy (qpeoms.qms) worked before dark matter (peoms.outside). Dark energy generated the *top quark as in the giant subatomic singularity of qms.qvix.tsp. Oh. qoms.value=2 is the singularity of the giant quark. Oh.

Example 1. sample sample qoms (standard)

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

* The top quark, or truth quark, is the heaviest of the fundamental particles, with a charge of +2/3 e and a rest mass of 172.44 ± 0.13 (stat) ± 0.47 (syst) GeV/c2, similar to that of a tungsten atom. Like other quarks, the top quark is a spin 1/2 fundamental fermion, and is affected by the four fundamental interactions. Gravity, electromagnetism, weak interaction, strong interaction. The antiparticle of the top quark is the top antiquark (often called the anti-top quark), which has some properties, such as charge, equal in magnitude to the top quark but opposite in sign.

Source 1.
A new study suggests that early dark energy may have triggered the formation of many bright galaxies in the very early days of the universe. The mysterious, unknown force could have caused the early seeds of galaxies to sprout far more bright galaxies than theory predicts.

Now, a team at MIT has found that the presence of one ephemeral ingredient in the early universe—early dark energy—could solve both puzzles. Dark energy is a previously unknown form of energy that physicists suspect is driving the expansion of the universe today. Early dark energy is a similar hypothetical phenomenon that may have briefly appeared before fading away completely, affecting the expansion of the universe.

Some physicists have suspected that early dark energy could be the key to solving the Hubble tension. This mysterious force could accelerate the initial expansion of the universe enough to resolve the measurement discrepancy.

1.
My cosmology can explain the Big Bang theory. But it can also explain the Big Bang denial theory. Hehe. Because qms.qvix.big_quark and poms.outside can explain the multiverse. Hehe.

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

Sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca

.Even the heaviest particles experience the usual quantum weirdness, new experiment shows

가장 무거운 입자조차도 일반적인 양자적 이상함을 경험한다는 새로운 실험 결과가 나왔습니다

가장 무거운 입자조차도 일반적인 양자적 이상함을 경험한다는 새로운 실험 결과가 나왔습니다.

Bruce Yabsley, The Conversation 의 글 건설 중인 ATLAS 검출기. 출처: CERN September 21, 2024

물리학에서 가장 놀라운 예측 중 하나는 얽힘입니다. 얽힘은 물체가 약간 떨어져 있지만 여전히 서로 연결되어 있는 현상입니다. 얽힘의 가장 잘 알려진 예는 작은 빛 덩어리(광자)와 낮은 에너지와 관련이 있습니다.

제네바에 있는 세계 최대의 입자 가속기인 대형 강입자 충돌기에서 ATLAS라는 실험을 통해 과학계에 알려진 가장 무거운 입자인 탑 쿼크 쌍의 얽힘 현상을 발견했습니다. 해당 연구 결과는 저와 ATLAS 협업에 참여한 동료들이 오늘 Nature 에 게재한 새로운 논문 에 설명되어 있습니다 . 얽힘이란 무엇인가? 일상생활에서 우리는 사물을 "분리된" 또는 "연결된" 것으로 생각합니다. 1km 떨어진 두 공은 분리된 것입니다.

끈으로 연결된 두 공은 연결된 것입니다. 두 물체가 "얽혀 있을" 때, 그 사이에 물리적인 연결은 없지만, 진정으로 분리된 것도 아닙니다. 첫 번째 물체를 측정할 수 있고, 두 번째 물체가 무엇을 하고 있는지 알기에 충분합니다. 심지어 그것을 보기 전에도 말입니다. 두 물체는 서로 연결하는 것이 없음에도 불구하고 단일 시스템을 형성합니다. 이는 도시의 반대편에 있는 광자와 함께 작동하는 것으로 나타났습니다.

이 아이디어는 최근 류츠신의 공상과학 소설을 원작으로 한 스트리밍 시리즈 3 Body Problem의 팬이라면 익숙할 것입니다. 이 드라마에서 외계인은 지구에 작은 슈퍼컴퓨터를 보내 우리의 기술을 어지럽히고 우리와 소통할 수 있도록 합니다. 이 작은 물체는 외계인의 고향 행성에 있는 쌍둥이와 얽혀 있기 때문에 외계인은 4광년 떨어져 있음에도 불구하고 그것과 소통하고 제어할 수 있습니다.

그 이야기의 그 부분은 공상과학 입니다 . 얽힘은 실제로 빛보다 빠르게 신호를 보내는 것을 허용하지 않습니다. (얽힘은 이것을 할 수 있게 하는 것처럼 보이지만 양자 물리학에 따르면 이것은 불가능합니다. 지금까지 우리의 모든 실험은 그 예측과 일치합니다.) 하지만 얽힘 자체는 실제입니다. 그것은 1980년대에 광자에 대해 처음 시연 되었는데, 당시 최첨단 실험 이었습니다 .

오늘날에는 얽힌 광자 쌍을 뱉어내는 상자를 상업적 공급업체에서 살 수 있습니다. 얽힘은 양자 물리학에서 설명하는 속성 중 하나이며 과학자와 엔지니어가 양자 컴퓨팅과 같은 새로운 기술을 만들기 위해 활용하려고 하는 속성 중 하나입니다. 1980년대 이래로, 얽힘은 원자, 일부 아원자 입자 , 심지어 매우, 매우 약한 진동을 겪는 아주 작은 물체에서도 관찰되었습니다 . 이러한 예는 모두 낮은 에너지에서 나타납니다. 제네바에서 새롭게 발견된 사실은 얽힘 현상이 탑 쿼크라는 입자 쌍에서 발견되었다는 것입니다. 탑 쿼크에서는 매우 작은 공간에 엄청난 양의 에너지가 존재합니다.

그렇다면 쿼크란 무엇일까? 물질은 분자로 이루어져 있고, 분자는 원자로 이루어져 있으며, 원자는 전자라는 가벼운 입자로 이루어져 있으며, 전자는 태양계의 중심에 있는 태양처럼 무거운 핵을 중심으로 공전합니다. 우리는 이미 1911년경에 실험을 통해 이를 알고 있었습니다. 그 후 우리는 원자핵이 양성자와 중성자로 이루어져 있다는 것을 알게 되었고, 1970년대에는 양성자와 중성자가 쿼크라는 훨씬 더 작은 입자로 이루어져 있다는 것을 발견했습니다.

-쿼크 에는 총 6가지 유형이 있습니다 . 양성자와 중성자를 구성하는 "위"와 "아래" 쿼크, 그리고 그보다 더 무거운 4가지 쿼크입니다. 다섯 번째 쿼크인 "뷰티" 또는 "바텀" 쿼크는 양성자보다 약 4.5배 더 무겁고, 우리가 그것을 발견했을 때 매우 무겁다고 생각했습니다. 하지만 여섯 번째이자 마지막 쿼크인 "탑"은 괴물입니다. 텅스텐 원자보다 약간 더 무겁고 양성자 질량의 184배입니다. 아무도 탑 쿼크가 왜 그렇게 거대한지 모릅니다 .

탑 쿼크는 바로 이런 이유로 대형 강입자 충돌기에서 집중적으로 연구하는 대상입니다. (제가 있는 시드니에서는 ATLAS 실험에 대한 작업의 대부분이 탑 쿼크에 집중되어 있습니다.) 우리는 매우 큰 질량이 단서가 될 수 있다고 생각합니다. 아마도 탑 쿼크가 그렇게 거대한 이유는 탑 쿼크가 우리가 이미 알고 있는 네 가지 이상의 새로운 힘을 느끼기 때문일 수도 있습니다. 아니면 "새로운 물리학"과 다른 관련이 있을 수도 있습니다. 우리는 현재 우리가 이해하는 물리 법칙이 불완전하다는 것을 알고 있습니다. 탑 쿼크가 행동하는 방식을 연구하면 새로운 것을 찾을 수 있는 길을 보여줄 수 있습니다. 그렇다면 얽힘 현상은 상위 쿼크가 특별하다는 걸 뜻하나요?

아마도 그렇지 않을 겁니다. 양자 물리학은 얽힘이 흔하고, 모든 종류의 것들이 얽힐 수 있다고 말합니다. 하지만 얽힘은 또한 취약합니다. 많은 양자 물리학 실험은 시스템을 "충돌"시키고 교란하는 것을 피하기 위해 초저온에서 수행됩니다. 따라서 지금까지 과학자들이 측정을 위한 적절한 조건을 설정할 수 있는 시스템에서 얽힘이 입증되었습니다. 기술적인 이유로, 탑 쿼크의 매우 큰 질량은 얽힘을 연구하기에 좋은 실험실이 됩니다. (새로운 ATLAS 측정은 다른 다섯 가지 유형의 쿼크에서는 불가능했을 것입니다.) 하지만 탑 쿼크 쌍은 편리한 신기술의 기반이 되지 못할 것입니다. 대형 강입자 충돌기를 집어 들고 다닐 수는 없습니다. 그럼에도 불구하고 탑 쿼크는 실험을 수행할 수 있는 새로운 종류의 도구를 제공하며, 얽힘은 그 자체로 흥미롭기 때문에 우리는 무엇을 더 발견할지 계속 살펴볼 것입니다.

추가 정보: et al, ATLAS 검출기에서 탑 쿼크로 양자 얽힘 관찰, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07824-z 저널 정보: Nature The Conversation 에서 제공

https://phys.org/news/2024-09-heaviest-particles-usual-quantum-weirdness.html

-그렇다면 쿼크란 무엇일까? 물질은 분자로 이루어져 있고, 분자는 원자로 이루어져 있으며, 원자는 전자라는 가벼운 입자로 이루어져 있으며, 전자는 태양계의 중심에 있는 태양처럼 무거운 핵을 중심으로 공전한다. 우리는 이미 1911년경에 실험을 통해 이를 알고 있었다. 그 후 우리는 원자핵이 양성자와 중성자로 이루어져 있다는 것을 알게 되었고, 1970년대에는 양성자와 중성자가 쿼크라는 훨씬 더 작은 입자로 이루어져 있다는 것을 발견했다.

메모 2409221850

쿼크에는 총 6가지 유형이 있다 . 양성자와 중성자를 구성하는 "위"와 "아래" 쿼크, 그리고 그보다 더 무거운 4가지 쿼크이다. 다섯 번째 쿼크인 "뷰티" 또는 "바텀" 쿼크는 양성자보다 약 4.5배 더 무겁고, 우리가 그것을 발견했을 때 매우 무겁다고 생각했다. 하지만 여섯 번째이자 마지막 쿼크인 "탑"은 괴물이다. 텅스텐 원자보다 약간 더 무겁고 양성자 질량의 184배이다. 아무도 탑 쿼크가 왜 그렇게 거대한지 모른다.

탑 쿼크는 바로 이런 이유로 대형 강입자 충돌기에서 집중적으로 연구하는 대상이다. 우리는 매우 큰 질량이 단서가 될 수 있다고 생각한다. 아마도 탑 쿼크가 그렇게 거대한 이유는 탑 쿼크가 우리가 이미 알고 있는 네 가지 이상의 새로운 힘을 느끼기 때문일 수도 있다. 아니면 "새로운 물리학"과 다른 관련이 있을 수도 있다. 우리는 현재 우리가 이해하는 물리 법칙이 불완전하다는 것을 알고 있다. 탑 쿼크가 행동하는 방식을 연구하면 새로운 것을 찾을 수 있는 길을 보여줄 수 있다. 그렇다면 얽힘 현상은 상위 쿼크가 특별하다는 걸 뜻하나요?

아마도 그렇지 않을 것이다. 양자 물리학은 얽힘이 흔하고, 모든 종류의 것들이 얽힐 수 있다고 말한다. 하지만 얽힘은 또한 취약하다. 많은 양자 물리학 실험은 시스템을 "충돌"시키고 교란하는 것을 피하기 위해 초저온에서 수행된다. 따라서 지금까지 과학자들이 측정을 위한 적절한 조건을 설정할 수 있는 시스템에서 얽힘이 입증되었다. 기술적인 이유로, 탑 쿼크의 매우 큰 질량은 얽힘을 연구하기에 좋은 실험실이 된다. (새로운 ATLAS 측정은 다른 다섯 가지 유형의 쿼크에서는 불가능했을 것이다.)

하지만 탑 쿼크 쌍은 편리한 신기술의 기반이 되지 못할 것이다. 대형 강입자 충돌기를 집어 들고 다닐 수는 없다. 그럼에도 불구하고 탑 쿼크는 실험을 수행할 수 있는 새로운 종류의 도구를 제공하며, 얽힘은 그 자체로 흥미롭기 때문에 우리는 무엇을 더 발견할지 계속 살펴볼 것이다.