Hvad er mørk energi? | Rummet

Mørk energi er navnet på den mystiske kraft, der får vores univers til at ekspandere hurtigere over tid i stedet for at aftage i hastighed. Det er i modsætning til, hvad man kunne forvente af et univers, der begyndte i et Big Bang. Astronomer fandt i det 20. århundrede ud af, at universet udvider sig. De troede, at ekspansionen kunne fortsætte for evigt eller til sidst – hvis universet havde tilstrækkelig masse og dermed tilstrækkelig selvgravitation – vende om og forårsage et Big Crunch. Nu, i det tidlige 21. århundredes kosmologi, er denne idé blevet videreudviklet. Man mener, at universet udvider sig hurtigere i dag end for milliarder af år siden. Hvad kan være årsagen til, at ekspansionshastigheden stiger? Astronomer taler nu nogle gange om en frastødende kraft som en mulig måde at forstå det på.

Af indtil slutningen af 1990’erne troede de fleste kosmologer, at universet ikke havde masse nok til at forårsage et Big Crunch. Især de data, der blev indsamlet af 2dF Galaxy Redshift Survey og Sloan Digital Sky Survey, syntes at bekræfte, at universet ville udvide sig for evigt, om end med en stadig langsommere hastighed, da universets egen masse og egen tyngdekraft forsøgte at trække det tilbage.

Det første tegn på, at noget revolutionerende var ved at blive opdaget, kom i 1998 under en undersøgelse af type 1A-supernovaer. Disse massive eksplosioner af døende kæmpestjerner er yderst nyttige for astronomer, fordi de altid afgiver den samme mængde lys og derfor kan bruges som såkaldte “standardlys” til at beregne afstande i kosmos. Det er en meget enkel idé. Tænk på ildfluer om natten: De lyser alle med den samme naturlige lysstyrke. Ved at måle, hvor lyse de er fra det sted, man befinder sig, kan man beregne deres afstand.

Overvågningen i 1998 blev udført af to internationale grupper af astronomer, herunder amerikanerne Adam Riess og Saul Perlmutter og Brian Schmidt i Australien. Ved hjælp af otte teleskoper over hele verden var deres mål at bruge afstanden til supernovaer af type 1A til at beregne universets ekspansionshastighed, kendt som Hubble-konstanten (selv om den i virkeligheden, da universets ekspansionshastighed varierer med tiden, teknisk set ikke er en konstant).

Resultaterne af undersøgelsen var forbløffende. Fjerntliggende supernovaer, som eksploderede, da universet kun var 2/3 af dets nuværende alder, var meget svagere, end de burde have været, og var derfor meget længere væk. Konsekvensen heraf var, at universet havde udvidet sig meget hurtigere, end det burde have gjort, hvis de nuværende idéer var korrekte.

Da disse resultater blev afsløret, blev observationerne hurtigt gentaget af andre hold og med andre metoder, men de blev mødt med stor skepsis i det astronomiske samfund. Ved årtusindskiftet stod det klart, at universets udvidelse ikke, som man almindeligvis troede, er ved at blive langsommere. Den accelererer faktisk.

Endnu mere mærkeligt er det, at udvidelsen havde været deaccelereret, som man kunne forvente, indtil syv eller otte milliarder år efter Big Bang. Men så begyndte en mystisk “antityngdekraft” af helt ukendte årsager at dominere og overvinde den bremse, som tyngdekraften lagde på ekspansionen, som derefter vendte sin opbremsning og begyndte at accelerere.

Du kan forestille dig, hvor chokerende denne åbenbaring var for astronomer og kosmologer.

Den kraft, der var ansvarlig for denne acceleration, blev af forskerne døbt mørk energi. I dette tilfælde betyder mørk ukendt snarere end bogstaveligt talt mørk, som det er tilfældet med mørkt stof. Det skal bemærkes, at mørk energi og mørkt stof er fænomener, der ikke har noget med hinanden at gøre. Læs mere:

For at føje til mysteriet synes egenskaberne ved denne mærkelige mørke energi at stemme overens med Einsteins kosmologiske konstant, som nogle gange kaldes hans fudge-faktor og senere af Einstein selv blev beskrevet som hans livs største faglige fejltagelse. Einstein afskyr ideen om et ekspanderende univers og foretrak det statiske univers, som blev postuleret af den stationære kosmologi, der var populær i begyndelsen af det 20. århundrede. Han opfandt en anti-tyngdekraft af udefineret oprindelse for at modvirke den observerede udvidelse af universet, hvilket ville resultere i et univers, der ikke udvider sig. Einstein trak dog senere denne idé tilbage, som ikke blev understøttet af observationer.

Mørk energi er et af de store uløste mysterier i kosmologien. Man mener nu, at den udgør 68 % af alt i universet, mens det normale, såkaldte “baryoniske” stof – alt det stof, vi rent faktisk kan se – kun udgør 5 %, mens resten består af mørkt stof, som er et andet stort kosmisk mysterium.

Mørk energi opfører sig som Einsteins anti-tyngdekraft, men dens natur og oprindelse er fortsat ukendt. Et af dens største mysterier er, hvorfor mørk energi begyndte at dominere universets ekspansionshastighed på et bestemt tidspunkt, milliarder af år efter Big Bang. Hvis den findes nu, hvorfor har den så ikke været der hele tiden?

Fysikken bag mørk energi er meget spekulativ. En idé, der har vundet indpas i de senere år, er, at mørk energi ligner en kraft, der er kendt som “kvintessens”, som er en slægtning til Higgs-feltet. Men endnu er der ingen observationelle beviser for at støtte eller afvise dette.

Kosmologerne har heller ingen idé om, hvorvidt mørk energi vil fortsætte med at accelerere universets udvidelse for evigt, hvilket vil føre til et scenarie langt ude i fremtiden, hvor accelerationen vil overvinde de kræfter, der holder universet sammen, og bogstaveligt talt rive alt stof i kosmos fra hinanden i et mareridtsscenarie, der er kendt som Big Rip.

Der er flere nuværende og fremtidige rummissioner og jordbaserede undersøgelser, som vil undersøge karakteren af mørk energi, herunder NASA’s WFIRST-teleskop i kredsløb og den internationale Dark Energy Survey, der er baseret i Chile.

Det er håbet, at vi snart vil nå frem til en større forståelse af denne mystiske kraft, som har en sådan indflydelse på kosmos fremtid, men for at opnå denne forståelse er vi nødt til at skitsere en langt mere komplet historie om universet. Arkæologien af 13,7 milliarder år er imidlertid ekstremt vanskelig og tidskrævende, idet så mange gamle lag i denne historie mangler eller er utydelige, så vi kan ikke forvente nogen pludselige afsløringer.

Bottom line: Universet udvider sig hurtigere, end ældre teorier forudsagde. Mørk energi, et af de store uløste mysterier i kosmologien, kan være årsag til dens accelererende ekspansion. Mørk energi menes nu at udgøre 68 % af alt i universet.