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Posted: 19 Jan 2013 02:06 AM PST
Referencia: Thunderbolts.info .
por Stephen Smith, 18 de enero 2013
Se dice que un cúmulo de galaxias distantes presenta evidencias de una fuerza desconocida. Pero no se hace ni una sola referencia a la fuerza conocida más poderosa del Universo: la electricidad.
La velocidad de la luz se utiliza como punto de referencia para definir los cálculos cosmológicos de distancia: el desplazamiento de las líneas de Fraunhofer dentro del extremo rojo del espectro observado, determina la "velocidad recesional". Tal como dictan las teorías estándar, cuanto más rápido se aleja un objeto de la Tierra tanto más lejos está y más antiguo es, porque según dicen, la explosión del Big Bang dio un impulso inercial que está causando que el Universo se expanda. En base a esos parámetros teóricos, una velocidad más rápida de recesión significa una mayor distancia, lo que significa un período de tiempo más antiguo. Según Georg Lamar, y sus colegas del Instituto de Astrofísica de Potsdam, estos ingentes cúmulos de galaxias con altocorrimiento al rojo son poco frecuentes que emitan tanto brillo en longitudes de onda de rayos X. En el comunicado de prensa de la ESA, la presencia del "gas caliente", que abarca un cúmulo con temperaturas de 100 millones de grados Kelvin, hace de la J083026+524133 la fuente de rayos X más enérgica en z mayor o igual que 1 de corrimiento al rojo, unas 100 veces más brillante que cualquier otro cúmulo de galaxias a esa distancia. Este enorme cúmulo, con una estimación de 7,7 mil millones años de antigüedad se cree que confirma la existencia de la energía oscura, debido a que la energía oscura causa la aceleración de la expansión del Universo. Dicha aceleración hace más difícil que los cúmulos masivos, como el de J083026+524133, puedan mantenerse unidos en épocas más recientes, dado que la expansión de la energía oscura quiere separarlos. Los astrónomos hicieron este desconcertante hallazgo hace diez años, que el Universo se está expandiendo más rápido hoy que en el pasado. A fin de acomodar las anomalías con las observaciones de corrimiento al rojo se propuso la existencia de una fuerza que ejerce una presión negativa sobre los campos gravitacionales, lo que más adelante se llamó "energía oscura", ya que no se puede detectar con ningún instrumento. Enzo Brachini, de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral (ESO) escribió: "Esto implica que, una entre dos posibilidades muy distintas ha de ser verdadera. O bien el Universo está lleno de una misteriosa energía oscura que produce una fuerza repulsiva que lucha contra el freno gravitacional de toda la materia presente en el Universo, o nuestra teoría actual de gravitación no es correcta y necesita ser modificada, por ejemplo mediante la adición de más dimensiones espaciales." Las presunciones son difíciles de superar. La incapacidad de los investigadores convencionales para entender varios factores obstaculiza su capacidad para comprender la naturaleza fundamental del cosmos. Los comentarios citados son un ejemplo perfecto de las conclusiones absurdas que se pueden extraer cuando se ignora algo tan elemental como la electricidad en el espacio. Dos de los problemas más acuciantes en el enfoque moderno para comprender el Universo son, su adherencia al corrimiento al rojo como única herramienta para estimar las distancias y las edades de las estrellas y galaxias, y la falta de conocimiento en lo que respecta a la electricidad. En primer lugar, con el fin de avanzar en el catálogo de conocimientos que a menudo requiere manchar la reputación de esas teorías. Se necesita mucho coraje para ir contra corriente y mantenerse firme en las convicciones a pesar de antagonismo. Tal es el caso de Halton Arp, uno de los grandes maestros en el campo de la investigación astronómica. El Dr. Arp se ganó su sitio en la cima de su campo, después de años de investigación y muchas horas de soledad en los picos de las montañas para documentar lejanos objetos celestes. A medida que su compendio galáctico fue creciendo, se dio cuenta de que algo no funcionaba bien en los cálculos convencionales del tiempo, distancia y velocidad; él lo descubrió en los objetos con los valores más altos de corriemiento al rojo, frente a los objetos con menor corrimiento. Sin duda, que un interrogante así debería haber puesto, inmediatamente, en tela de juicio la misma naturaleza de esa "constante cosmológica". Si el corrimiento al rojo no es un indicador de distancia fiable, la J083026 524133 no puede estar tan lejos, y por tanto, ni ser tan masivo ni brillante. Tal como Arp y sus colegas, han demostrado en repetidas ocasiones, al tomar un campo más amplio de visión se revelan a menudo objetos similares situadas en el lado opuesto de una galaxia activa cercana. Muchos de estos pares de alto corrimiento al rojo están conectadas a través de la galaxia con un puente de irradiación de material. Las teorías de un universo en expansión, de materia oscura y de energía oscura dependen de un campo tan estrecho de miras como el XMM Newton (y de otros observatorios) y de cómo los datos han sido seleccionados. En segundo lugar, al referirse al material con una temperatura de 100 millones de grados Kelvin como "gas caliente" que los astrofísicos están poniendo de relieve denota una completa ignorancia del plasma y su comportamiento. Ningún átomo puede permanecer intacto a tales temperaturas, los electrones son limpiados de los núcleos y desarrollan potentes campos eléctricos. La materia gaseosa se convierte en plasma, capaz de conducir la electricidad y formar capas dobles. En 1986, Hannes Alfvén, en una conferencia patrocinada por la NASA, dijo acerca de las capas dobles en astrofísica: «Las capas dobles en el espacio deberían ser clasificadas como un nuevo tipo de objeto celeste (un ejemplo de ello son las fuentes de radio dobles). Se sugirió tentativamente que los rayos X y los estallidos de rayos gamma pueden deberse a la explosión de las capas dobles. En las erupciones solares, puede darse capas dobles con voltajes de 10^9 voltios o incluso más, y en los fenómenos galácticos, pueden llegar a tener voltajes de magnitudes muchísimo más grandes.» El plasma es el primer estado de la materia y constituye más del 99,99% de todo lo que observamos en el Universo. El corrimiento al rojo cosmológico ha demostrado ser una propiedad de la materia pero no una de la velocidad. ¿Cuanto tiempo tendrá que pasar hasta que los científicos puedan ver realmente todo esto con ojos críticos? Imagen: Cúmulo galáctico 2XMM J083026+524133 (azul). Crédito de G. Lamer et al.
Fuente BITNAVEGANTES.
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sábado, 19 de enero de 2013
jueves, 10 de enero de 2013
BitNavegantes
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Posted: 09 Jan 2013 05:14 AM PST
Referencia: Science.Daily.com,
por by Daniel Stolte, 8 de enero 2013
Un físico de la Universidad de Arizona, Lebed Andrei, ha provocado a la comunidad de físicos con una idea intrigante que aún no se ha probado experimentalmente: la ecuación más emblemática del mundo, la E=mc2 de Albert Einstein, puede ser correcta o no, dependiendo de en qué espacio te encuentres.  Con las primeras explosiones de bombas atómicas, el mundo se convirtió en testigo de uno de los principios más importantes y emergentes en la física: la energía y la masa, básicamente hablando, son lo mismo y pueden, de hecho, convertirse una en otra. Esto es lo que demostraba por primera vez la Teoría de la Relatividad Especial de Albert Einstein, y lo expresaba en su emblemática y famosa ecuación, E=mc2, donde E representa la energía, m la masa, y c la velocidad de la luz (al cuadrado). Aunque los físicos desde entonces han revalidado esta ecuación en innumerables experimentos y cálculos, y muchas tecnologías, como los teléfonos móviles y la navegación GPS, dependen de ella, el profesor de física Andrei Lebed ha sugerido que E=mc 2, no funcionaría en determinadas circunstancias. La clave del argumento de Lebed radica en el concepto mismo de masa. Según el paradigma aceptado, no hay ninguna diferencia entre la masa de un objeto en movimiento, definida en términos de su inercia, y la masa otorgada a dicho objeto por un campo gravitatorio. En términos simples, la primera definición, que también se llama masa inercial, es lo que causa que el guardabarros de un coche se doble en el momento del impacto con otro vehículo, mientras que la segunda definición, llamada masa gravitacional, es lo que comúnmente se conoce como "peso". Este principio de equivalencia entre la masa inercial y la gravitacional, introducidas en la física clásica por Galileo Galilei y en la física moderna por Albert Einstein, se ha confirmado con un nivel muy alto de precisión. "Pero mis cálculos demuestran que más allá de una cierta probabilidad, hay una posibilidad muy pequeña, pero real, de que dicha ecuación falle debido a la masa gravitatoria", reseñó Lebed. Si se mide el peso de los objetos cuánticos, como un átomo de hidrógeno, con bastante frecuencia, el resultado será el mismo en la gran mayoría de los casos, sin embargo, una pequeña parte de estas mediciones darán una lectura diferente, en una aparente violación de E=mc2. Esto siempre ha desconcertado a los físicos, aunque podría ser explicado, en contra del paradigma de la física, si la masa gravitacional no fuera lo mismo que la masa inercial. "La mayoría de los físicos no están de acuerdo con esto, porque creen que la masa gravitacional, es exactamente igual a la masa inercial", señala Lebed. "Pero mi idea es que la masa gravitacional no debe ser igual a la masa inercial debido a algunos efectos cuánticos de la Relatividad General, que es la teoría de la gravitación de Einstein. Hasta donde yo sé, nadie ha propuesto esto antes." Lebed presentó sus cálculos y ramificaciones en la Marcel Grossmann Meeting de Estocolmo el verano pasado, donde la comunidad los recibió con buena dosis de escepticismo y curiosidad. La celebración es cada tres años y asistieron cerca de 1.000 científicos de todo el mundo, la conferencia se centra en la Relatividad General teórica y experimental, astrofísica y teorías relativistas de campo. Los resultados de Lebed serán publicados en las actas del congreso en febrero. Entre tanto, Lebed ha invitado a sus colegas a evaluar sus cálculos sugiriendo un experimento para poner a prueba sus conclusiones, que él ha publicado en la mayor colección del mundo de copias anticipadas en la Cornell University Library (ver Historia). "El problema más importante en la física es la Teoría Unificadora de Todo, una teoría que pueda describir a todas las fuerzas presentes en la naturaleza", apuntó Lebed. "El problema principal hacia esta teoría es cómo unir la mecánica cuántica relativista y la gravedad. Tratar de hacer una conexión entre los objetos cuánticos y la Relatividad General." La clave para entender el razonamiento Lebed es la gravitación. Sobre el papel, al menos, demostró que mientras E=mc2 siempre es cierta para la masa inercial, no ocurre siempre con la masa gravitacional. "Lo que esto significa, probablemente, es que la masa gravitatoria no es la mismo que la inercia." Según Einstein, la gravedad es el resultado de una curvatura en el espacio mismo. Pensemos en un colchón de espuma sobre el que yacen varios objetos, por ejemplo, una pelota de ping pong, otra de béisbol y una más de la bolera. La pelota de ping pong no dejará huella visible, la de béisbol dejará una muy pequeña y el bolo se hundirá en la espuma. Las estrellas y planetas hacen lo mismo con el espacio. La masa del objeto más grande, el más grande creará un hueco dentro del tejido del espacio. En otras palabras, la masa mayor, la más fuerte es el tirón de la gravedad. En este modelo conceptual de la gravedad, es fácil ver cómo un objeto pequeño, como puede ser un asteroide errante por el espacio, dado el caso se quedará atrapado en el hueco de un planeta, atrapado en su campo gravitacional. "El espacio está curvado", dijo Lebed, "y cuando una masa se mueve en el espacio, esta curvatura altera este movimiento." Según el físico de UA, esta curvatura del espacio es lo que hace diferente a la masa gravitacional de la masa inercial. Lebed sugerió probar su idea midiendo el peso del objeto cuántico más simple, un átomo de hidrógeno, que consiste sólo de un núcleo, un protón y un electrón solitario en órbita alrededor del núcleo. Dado que él espera que el efecto sea extremadamente pequeño, se necesitaría una gran cantidad de átomos de hidrógeno. Esta es la idea: En raras ocasiones, el electrón de alrededor del núcleo del átomo salta a un nivel de energía superior, lo que aproximadamente se puede considerar como una órbita más amplia. En un corto período de tiempo, el electrón vuelve a su nivel de energía anterior. Según la E=mc2, la masa del átomo de hidrógeno cambiaría a la par que el cambio en el nivel de energía. Hasta ahora, todo bien. Pero, ¿qué pasaría si trasladamos ese mismo átomo a una distancia de la Tierra donde el espacio ya no esté curvado, sino plano? Lo has adivinado, el electrón ya no podría saltar a niveles de energía más altos, porque en un espacio plano se limitaría a su nivel de energía primaria. No hay saltos en el espacio plano. "En este caso, el electrón puede ocupar únicamente el primer nivel del átomo de hidrógeno," explicaba Lebed. "Ya no siente la curvatura de la gravitación". "Entonces volvemos al campo gravitacional de la Tierra, y debido a la curvatura del espacio, hay una probabilidad de que el electrón salte desde el primer nivel al segundo. Y ahora su masa será diferente." "Se han hecho cálculos de los niveles de energía aquí en la Tierra, pero sus resultados nada tienen que ver, porque la curvatura sigue siendo la misma, por lo que no hay ninguna perturbación", continuó Lebed. "Lo que no han tenido en cuenta es que los electrones pueden saltar desde el primero hasta el segundo nivel, porque es la misma curvatura la que perturba el átomo." "En lugar de medir el peso directamente, queremos detectar estos eventos de conmutación de energía, lo cual nos darían a conocer cómo se emitten fotones, básicamente, la luz", explicó. Lebed sugirió el siguiente experimento para poner a prueba su hipótesis: Enviar una pequeña nave espacial con un tanque de hidrógeno y un fotodetector sensible en un viaje hacia el espacio. Una vez en el espacio exterior, la relación entre la masa y la energía es el misma para el átomo, pero, sólo porque el espacio plano no permite que el electrón pueda cambiar de nivel de energía. "Cuando estemos cerca de la Tierra, la curvatura del espacio perturba el átomo, y hay una probabilidad de que el electrón pueda saltar, con lo que emitirá un fotón que quedará registrado por el detector", añadió. Dependiendo del nivel de energía, la relación entre masa y energía ya no está fijada bajo la influencia de un campo gravitatorio. Lebed dijo que la nave no tendría que ir muy lejos. "Tendríamos que enviar la sonda unas dos o tres veces el radio de la Tierra, con eso podría funcionar." Según él mismo dice, su trabajo es la primera proposición para probar la combinación de la mecánica cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein en el sistema solar. "No hay pruebas directas sobre el matrimonio de estas dos teorías", dijo. "Es importante no sólo desde el punto de vista de que la masa gravitatoria no sea igual que la masa inercial, sino también porque muchos ven dicho matrimonio como una especie de monstruo. Me gustaría probar este matrimonio. Quiero ver si funciona o no." - Fuente: University of Arizona, (2013, January 8). Testing Einstein's famous equation E=mc2 in outer space. ScienceDaily. Retrieved January 9, 2013, - Imagen: crédito de la illustration de la NASA. |
domingo, 16 de septiembre de 2012
You Are Here: How Astronomical Surveys Are Pinpointing Our Place in the Cosmos
Upcoming telescope projects on Earth and in space will map out billions of stars and galaxies all around us
Thursday, September 6, 2012 |
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ZOOMING IN: A still from a simulated fly-through of galaxies mapped by the Sloan Digital Sky Survey.
Image: Miguel A. Aragón (Johns Hopkins
University), Mark SubbaRao (Adler Planetarium), Alex Szalay (Johns
Hopkins University), Yushu Yao (Lawrence Berkeley National Laboratory,
NERSC), and the SDSS-III Collaboration
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Those celestial maps are about to see some major revisions. New and upcoming campaigns using ground-based telescopes or spacecraft promise to fill in many new details in astronomers’ maps of the sky. Together these projects will catalogue detailed positional information on several billion stars and galaxies near and far.
One of the most dramatic upgrades to celestial cartography should come from the European Space Agency’s Gaia spacecraft, which is scheduled to launch next year. After taking up a position in deep space, well beyond the orbit of the moon, Gaia will map the positions and distances of roughly one billion stars. The mission is the successor to the Hipparcos satellite, which launched in 1989 and whose catalogue still finds wide use. But that satellite charted just 120,000 stars or so, and only a slight minority were pinpointed with top-level precision.
Hipparcos measured precise stellar distances, to within 1 percent, for fewer than 1,000 stars. Most of the satellite’s distance measurements have much greater uncertainties of 20 percent or more. Gaia should measure the distances to about 10 million stars with a precision of 1 percent or better. “That’s about the quantum leap that we will make,” says Timo Prusti, project scientist for Gaia at the European Space Agency (ESA).
By mapping out so many stars, astronomers hope to improve their understanding of our home galaxy’s layout. “The main science goal is to address the issues of our Milky Way—the structure and the dynamics,” Prusti says. Buried as we are within the Milky Way, humankind has never had a glimpse of the galaxy in its entirety. The astronomer’s predicament is a bit like that of an artist who must sketch the Manhattan skyline from midtown, instead of from a clear vantage point across the Hudson River. Just as the artist can inspect Manhattan’s skyscrapers one by one to reconstruct the skyline in her sketch, the astronomer can fill in a map of the galaxy one star at a time.
A next-generation space telescope called Euclid ought to extend that map from the local to the global, by mapping up to two billion galaxies in three dimensions. The mission, which ESA approved in June for a 2020 launch, will scan roughly one third of the sky to measure the positions and distances of galaxies across the universe. The hope is that the distribution of cosmic structure will reveal some hidden clue to the nature of dark energy, the unknown entity driving the accelerating expansion of the universe.
“We have no idea what dark energy is, but it’s a very subtle effect,” says Richard Griffiths, the Euclid program scientist at NASA, which is a participant in the European-led mission. “The only way we can get at it is to study the whole universe, basically.”
Euclid’s design specs should allow astronomers to see galaxies so distant that their light has taken more than half the age of the universe to reach Earth. “We will literally obtain a three-dimensional image of our universe, with us in the very center, and we will be able to detect the accelerated expansion in it,” says ESA’s project scientist René Laureijs. “It will give us the opportunity to watch the universe evolving over the last 10 billion years.”
Euclid is not the only project charting galaxies to try to unravel the mystery of dark energy. A campaign called the Dark Energy Survey will soon take advantage of a new 570-megapixel camera on a four-meter telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile. The survey will measure the shapes and positions of some 200 million galaxies across a quarter of the southern sky. Whereas the scope of the ground-based project pales in comparison to the billions of galaxies targeted by Euclid, the Dark Energy Survey should have a significant head start on its space-based counterpart. The project’s camera has just been installed on the telescope and could see first light as soon as this month, according to the project’s Facebook page.
Many of the leading surveys now coming online are based in the southern hemisphere, where celestial cartographers can expect to make the greatest impact. In the north, the granddaddy of all astronomical surveys—the Sloan Digital Sky Survey in New Mexico—has reigned for more than a decade and has already carefully mapped more than one million galaxies in three dimensions, in addition to many other accomplishments.
Among the new crop of southern surveys is a project at the European Southern Observatory’s VISTA telescope in Chile, which is already carrying out a broad infrared survey to complement the more targeted Dark Energy Survey. And the SkyMapper project in Australia plans to chart the entire southern sky in optical light. The SkyMapper telescope should detect roughly one billion stars and one billion galaxies, according to Stefan Keller of the Australian National University, one of the project’s lead scientists.
But the telescope most likely to rewrite the books on the southern sky is the Large Synoptic Survey Telescope, or LSST, in Chile. When it comes online around 2022, the LSST—as currently envisioned—will feature an 8.4-meter mirror (compared to the Sloan survey’s 2.5-meter telescope) and a three-gigapixel digital camera. The mammoth telescope will image the heavens every week to capture transient phenomena such as supernovae and close passages of potentially dangerous asteroids. In the process, it will also mark the three-dimensional location of some four billion galaxies.
jueves, 16 de agosto de 2012
Cosmology when living near the Great Attractor
(Submitted on 20 Mar 2012)
If we live in the vicinity of the hypothesized Great Attractor, the age of the universe as inferred from the local expansion rate can be off by three per cent. We study the effect that living inside or near a massive overdensity has on cosmological parameters induced from observations of supernovae, the Hubble parameter and the Cosmic Microwave Background. We compare the results to those for an observer in a perfectly homogeneous LCDM universe. We find that for instance the inferred value for the global Hubble parameter changes by around three per cent if we happen to live inside a massive overdensity such as the hypothesized Great Attractor. Taking into account the effect of such structures on our perception of the universe makes cosmology perhaps less precise, but more accurate.
jueves, 2 de agosto de 2012
How most of the universe was lost
July 30, 2012 | 
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Brian Schmidt at Lindau. Credit: Markus Pössel
When Brian Schmidt got his PhD in astrophysics in 1993, he was one of less than a handful of people that year that graduated with a thesis on supernovae. Five years later, still working on exploding stars, he would be part of one of two teams that independently discovered that the universe was not only expanding, but that its expansion was accelerating.
That the expansion of the universe is accelerating means it is being pushed apart by some kind of energy embedded in the fabric of space itself. This energy makes up over 70% of the universe. We call it dark energy, mainly because we are in the dark about what it actually is.
The 2011 Nobel Prize in Physics was awarded to Brian Schmidt, along with Adam Reiss, who worked with Schmidt as part of the High-z Supernova Search Team, and Saul Perlmutter, who headed the rival Supernova Cosmology Project, for their discovery of the accelerating expansion of the universe. The announcement of the prize called dark energy “perhaps the greatest enigma in physics today”.
When Schmidt attended the 62nd Lindau Nobel Laureates Meeting in Germany earlier this month, I met him and found out more about the discovery.
Big questions
“I liked the fact that supernovae changed,” Schmidt says of his PhD topic. “That appealed to me.”
For his PhD, Schmidt developed a way to measure the distances to type II supernovae, explosions of massive stars that have come to the end of the main part of their life. Type II supernovae differ from other types in that they have hydrogen in the spectrum of light we detect coming from them. He used these distance measurements to calculate a number called the Hubble constant that you can use to work out the age of the universe. The idea was that you can use this to look back and work out how fast the expansion of the universe is slowing down – because, at the time, that’s what people thought was happening. “It tells you the ultimate fate of the universe. Gosh, that was a big question,” says Schmidt. “I loved it.”
By 1994, after Schmidt’s PhD, technology had advanced so much that supernova distances were now measurable accurately. “[The Supernova Cosmology Project] had been looking for supernovae for six years and suddenly were able to find them,” says Schmidt. The Supernova Cosmology Project had started in 1988, with Saul Perlmutter at its head. The project was looking for type Ia supernovae, which result from the explosion of a white dwarf – a star that is itself a remnant of a star, no bigger than about one a half times the mass of the sun, that has stopped fusing hydrogen and helium. The light from type Ia supernovae always follows the same pattern, meaning astronomers can work out how far away one particular stellar explosion is by its brightness (for example, see this).
“We talked about working with them,” says Schmidt. But both groups had strong views over how the work should be carried out. “We had disagreements and it was very clear that they did not want us involved in their experiments,” he added.
But Schmidt still felt that what he wanted to do was the right thing to do at the time. So he dropped everything else and did it. Along with Adam Reiss, he formed the High-z Supernova Search Team in 1994 to compete with the Supernova Cosmology Project in tracing the expansion of the universe using type Ia supernovae. At the time Schmidt was supposed to be working on another project, but abandoned it. “There was no sense in working on anything else because this was what I wanted to do,” he says.
“I remember saying that if those guys can find them we can,” says Schmidt. He describes himself at that time as young, arrogant and naïve. “It’s always good to be naïve,” he says. It was a bold move. Luckily, the risk paid off.
First light
Soon the High-z Supernova Search Team got their first data set, from supernova 1995K. By September 1997 they were still gathering data, but nothing looked amiss just yet. “At that point it was consistent with something reasonable,” Schmidt says.
But by the end of 1997 it became clear that the High-z Supernova Search Team’s results were anything but reasonable. The supernovae seemed to be telling them that the expansion of the universe, far from slowing down, was in fact speeding up. “Adam [Reiss] put all that data together and he sent me a figure,” says Schmidt. “It said ‘What do you think of this?’ as the subject line of the email and that was it.”
Schmidt and Reiss spoke on the phone to discuss the paradigm-shifting figure Reiss had emailed. They decided to go through every step of the data analysis again before talking to anyone else about it. “My initial reaction was that we must have made some kind of mistake,” says Schmidt.
They started that painstaking process at the end of November. “I was learning this stuff on the fly at this point because it was very clear that we had to do something new,“ says Schmidt. By the beginning of January they agreed on “every single bit” of the analysis. “I remember the moment when I thought: We’re going to have to tell everyone in the team about this. And then we’re going to have to tell the world about it at some point,” he says.
Some members of the research team were understandably uneasy with the findings. Schmidt recalls telling them: “I find it disturbing too, but I’ve been working on it for the last six weeks and can’t make it go away.” The team was able to come up with some tests that Schmidt and Reiss hadn’t done. So they did those over the next couple of months.
But the accelerating universe was still there.
Closing in
The whole time that Schmidt’s group was working on checking and rechecking their analyses they knew that Saul Perlmutter’s group were working on the same problem as them, trying to measure the expansion of the universe with supernovae. But they had thought that their rivals were getting the opposite answer, one that said the expansion of the universe was slowing down, as everyone expected.
They weren’t. On 8th January 1998, Saul Perlmutter, on behalf of the Supernova Cosmology Project, presented data at the American Astronomical Society meeting in Washington, D.C., that hinted at an accelerating universe. The next day, Charles Petit at the San Francisco Chronicle reported the finding on the front page of the newspaper. This was the first that anyone at Schmidt’s group had heard about the Supernova Cosmology Project’s data.
“That certainly made us focus our attention,” says Schmidt, who didn’t make it to the AAS meeting himself. “We went charging ahead. We showed the world our results on 23rd February. [Perlmutter’s group] were completely surprised by it,” says Schmidt.
When they announced their evidence for the accelerating universe, Schmidt was worried they would be “crucified”. But the fact that there were two teams that independently came to the same result at the same time was a big deal, he says.
Fixing problems
The other thing that helped the result gain acceptance was that it solved an awful lot of problems. “It had been known for the previous seven or eight years that a cosmological constant, if it existed, would explain several of the anomalies in the cosmological model at the time,” says Schmidt. A cosmological constant is the simplest possible description of dark energy, the force causing the acceleration of the universe. It was, bizarrely enough, first suggested by Albert Einstein as a way to make his equations describe a static universe. He quickly dropped his version of the cosmological constant when astronomers in the 1920s discovered that the universe was not static after all, but expanding. But since the discovery of the accelerating universe and dark energy, a cosmological constant term has found favour once again as a way to make the equations describing the universe fit with what astronomers see. Adding a cosmological constant essentially has an anti-gravity effect on the universe, allowing it to push itself apart when it should be slowing down.
Many aspects of cosmology suddenly made sense when a cosmological constant was added to the mix. “The whole inflation scenario was easily explained if there was a cosmological constant,” Schmidt says. “It made large scale structure work. It made the universe flat, it made the universe the right age. It meant that the Hubble constant could be up where we measured it. It meant that [the universe’s matter density] could be where we measured it. All the things worked.”
The High-Z Supernova Search Team had been careful not to announce a discovery, but rather observational evidence. Both they and the Supernova Cosmology Project had three-sigma confidence, meaning that the probability their results were down to chance was 0.27%. Together they had four and a bit sigma – giving an even smaller probability that it was down to chance. But still big enough for some people to worry about. So they worked in the years afterwards to build up the proof.
The reality of the finding really sunk in for Schmidt in 2000, he says. Two separate experiments, MAXIMA and BOOMERANG, that had both measured photons left over from the early universe, known as the cosmic microwave background, had shown that the universe was flat. Their findings fitted in with a universe that had undergone an early period of fast inflation, contained that elusive stuff dark matter – and, most importantly, required a cosmological constant. “I just couldn’t see any way to get rid of it at that point,” Schmidt says.
Missing universe
“The only problem with the standard model of cosmology is that it requires us to invent 95% of the universe”
Fast forward to last month and Schmidt was presenting his lecture at the 2012 Lindau Nobel Laureates meeting. If anyone hadn’t quite woken up for the first lecture on Monday morning, that sentence was sure to do the job. Schmidt was referring to the fact that only about 5% of the energy density of the universe is made up of ordinary matter like atoms. Some 23% is dark matter. The remaining 70%+ is the dark energy driving the universe’s accelerating expansion. “I still don’t like it,” Schmidt says. “But it works, and ultimately, it’s not so ugly that we shouldn’t live with it.”
We may have to live with dark energy, but finding out what exactly it is will prove an incredible challenge. The cosmological constant is just one idea, and even that is more of a starting point than a final answer. It needs digging into in a lot more detail to get a better description of the state and future of the universe. But that will not be easy. “The reality is it’s going to be very difficult to get our hands on that dark energy sector. Because we’re not going to create it in the lab, that’s the problem,” says Schmidt.
He does have some ideas, however. “If I could do my big experiment to measure the equation of state parameters [the numbers that cosmologists plug into equations that describe the universe] I’d use baryon acoustic oscillations.”
Baryon acoustic oscillations are fluctuations in the density of matter caused by acoustic waves in the early universe. They left an imprint in the clustering of galaxies and matter today. We know how big they should have been in the early universe, so by looking at the separation of galaxies today astronomers can work out how far away those galaxies are – and map the expansion of the universe.
“But I’m going to let someone else do that,” says Schmidt.
From 1st to 6th July I was at the Lindau Nobel Laureates Meeting in Germany as part of the Lindau blog team. You can read my posts from there here or on the Lindau blog.
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