Czym jest ciemna energia? | Przestrzeń

Ciemna energia to nazwa nadana tajemniczej sile, która powoduje, że tempo ekspansji naszego wszechświata z czasem przyspiesza, a nie zwalnia. Jest to sprzeczne z tym, czego można by się spodziewać po wszechświecie, który rozpoczął się w Wielkim Wybuchu. Astronomowie w XX wieku dowiedzieli się, że wszechświat się rozszerza. Myśleli, że ekspansja może trwać wiecznie lub w końcu – jeśli wszechświat ma wystarczającą masę, a więc i wystarczającą samograwitację – odwrócić się i spowodować Wielki Kryzys. Obecnie, w kosmologii początku XXI wieku, ta idea ewoluowała. Wszechświat jest postrzegany jako rozszerzający się szybciej dzisiaj niż miliardy lat temu. Co może powodować wzrost tempa ekspansji? Astronomowie mówią teraz czasami o sile odpychającej jako możliwym sposobie zrozumienia tego zjawiska.

Do późnych lat 90-tych większość kosmologów wierzyła, że wszechświat nie ma wystarczającej masy, aby spowodować Wielki Kryzys. W szczególności, dane uzyskane przez 2dF Galaxy Redshift Survey oraz Sloan Digital Sky Survey zdawały się potwierdzać, że wszechświat będzie się rozszerzał wiecznie, aczkolwiek w coraz wolniejszym tempie, ponieważ masa własna wszechświata i jego grawitacja próbowały pociągnąć go z powrotem.

Pierwsza wskazówka, że coś rewolucyjnego może zostać odkryte pojawiła się w 1998 roku podczas badania supernowych typu 1A. Te masywne eksplozje umierających olbrzymich gwiazd są niezwykle przydatne dla astronomów, ponieważ zawsze emitują taką samą ilość światła i dlatego mogą być używane jako tak zwane „świece standardowe” do obliczania odległości w kosmosie. Jest to bardzo prosty pomysł. Pomyślmy o świetlikach w nocy: wszystkie świecą z taką samą jasnością. Mierząc, jak jasne są z miejsca, w którym się znajdujesz, możesz obliczyć ich odległość.

Badanie z 1998 roku było prowadzone przez dwie międzynarodowe grupy astronomów, w tym Amerykanów Adama Riessa i Saula Perlmuttera oraz Briana Schmidta z Australii. Używając ośmiu teleskopów na całym świecie, ich celem było wykorzystanie odległości supernowych typu 1A do obliczenia tempa rozszerzania się wszechświata, znanego jako Stała Hubble’a (chociaż w rzeczywistości, ponieważ tempo rozszerzania się wszechświata zmienia się w czasie, technicznie nie jest ono stałe).

Wyniki badania były zdumiewające. Odległe supernowe, które eksplodowały, gdy wszechświat miał tylko 2/3 swojego obecnego wieku, były znacznie słabsze niż powinny być, a zatem znajdowały się znacznie dalej. Implikacją tego było to, że wszechświat rozszerzał się znacznie szybciej niż powinien, jeśli obecne pomysły były poprawne.

Spotykając się z dużym sceptycyzmem społeczności astronomicznej w momencie ujawnienia tych wyników, obserwacje zostały wkrótce powtórzone przez inne zespoły i innymi metodami. Na przełomie tysiącleci stało się jasne, że ekspansja wszechświata nie zwalnia, jak powszechnie sądzono. W rzeczywistości przyspiesza.

Jeszcze dziwniejsze jest to, że ekspansja ulegała deakceleracji, jak można by się spodziewać, aż do siedmiu lub ośmiu miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Ale wtedy, z zupełnie nieznanych powodów, tajemnicza „siła antygrawitacyjna” zaczęła dominować, pokonując hamulec, jaki grawitacja nakładała na ekspansję, która następnie odwróciła swoje spowolnienie i zaczęła przyspieszać.

Możecie sobie wyobrazić, jak szokujące było to odkrycie dla astronomów i kosmologów.

Siła odpowiedzialna za to przyspieszenie została nazwana przez naukowców ciemną energią. W tym przypadku ciemne oznacza raczej nieznane niż dosłownie ciemne, jak to jest w przypadku ciemnej materii. Należy zaznaczyć, że ciemna energia i ciemna materia są zjawiskami całkowicie ze sobą niezwiązanymi. Czytaj więcej: Czym jest ciemna materia?

Aby dodać do tajemnicy, właściwości tej dziwnej ciemnej energii wydają się pasować do stałej kosmologicznej Einsteina, czasami nazywanej jego współczynnikiem fudge, a później opisanej przez samego Einsteina jako największy zawodowy błąd jego życia. Einstein nie znosił idei rozszerzającego się wszechświata, preferując statyczny, postulowany przez kosmologię stanu ustalonego, która była popularna na początku XX wieku. Wymyślił siłę antygrawitacyjną, o nieokreślonym pochodzeniu, która miałaby przeciwdziałać obserwowanej ekspansji wszechświata, w wyniku czego wszechświat nie rozszerzałby się. Jednak Einstein później wycofał ten pomysł, który nie był wspierany przez obserwacje.

Ciemna energia jest jedną z wielkich nierozwiązanych tajemnic kosmologii. Obecnie uważa się, że stanowi ona 68% wszystkiego we wszechświecie, przy czym normalna, tak zwana materia „barionowa” – każdy kawałek materii, który możemy faktycznie zobaczyć – stanowi zaledwie 5%, a reszta składa się z ciemnej materii, kolejnej wielkiej kosmicznej tajemnicy.

Ciemna energia zachowuje się jak Einsteinowska siła antygrawitacji, ale jej natura i pochodzenie pozostają nieznane. Jedną z jej największych tajemnic jest to, dlaczego ciemna energia zaczęła dominować w tempie ekspansji wszechświata w określonym momencie miliardy lat po Wielkim Wybuchu. Jeśli istnieje teraz, to dlaczego nie było jej tam przez cały czas?

Fizyka ciemnej energii jest wysoce spekulatywna. Jednym z pomysłów, który zyskał na popularności w ostatnich latach jest to, że ciemna energia przypomina siłę znaną jako „kwintesencja”, która jest krewną pola Higgsa. Ale jak dotąd nie ma żadnych dowodów obserwacyjnych, aby to potwierdzić lub zdyskontować.

Kosmolodzy nie mają również pojęcia, czy ciemna energia będzie nadal przyspieszać ekspansję wszechświata w nieskończoność, prowadząc do scenariusza, daleko w przyszłości, gdzie przyspieszenie pokona siły, które trzymają wszechświat razem i dosłownie rozerwie całą materię w kosmosie na strzępy, w koszmarnym scenariuszu znanym jako Wielkie Rozdarcie.

Istnieje kilka obecnych i przyszłych misji kosmicznych i badań naziemnych, które będą badać naturę ciemnej energii, w tym orbitujący teleskop NASA WFIRST i międzynarodowy Dark Energy Survey, z siedzibą w Chile.

Ma się nadzieję, że wkrótce osiągniemy większe zrozumienie tej tajemniczej siły, która ma taki wpływ na przyszłość kosmosu, ale aby uzyskać to zrozumienie musimy naszkicować o wiele bardziej kompletną historię wszechświata. Jednak archeologia 13,7 miliarda lat jest niezwykle trudna i czasochłonna, z tak wieloma starożytnymi warstwami w tej historii brakującymi lub niewyraźnymi, więc nie możemy oczekiwać żadnych nagłych objawień.

Podsumowanie: Wszechświat rozszerza się szybciej niż przewidywały to starsze teorie. Ciemna energia, jedna z wielkich nierozwiązanych tajemnic kosmologii, może powodować jego przyspieszoną ekspansję. Obecnie uważa się, że ciemna energia stanowi 68% wszystkiego we wszechświecie.

.