Vad är mörk energi? | Space

Mörk energi är namnet på den mystiska kraft som gör att expansionstakten i vårt universum accelererar med tiden i stället för att avta. Detta strider mot vad man skulle kunna förvänta sig av ett universum som började i en Big Bang. Astronomer på 1900-talet fick reda på att universum expanderar. De trodde att expansionen skulle kunna fortsätta för evigt, eller så småningom – om universum hade tillräckligt med massa och därmed tillräcklig självgravitation – vända och orsaka en Big Crunch. Nu, i början av 2000-talets kosmologi, har den tanken utvecklats. Man anser att universum expanderar snabbare i dag än för miljarder år sedan. Vad kan orsaka att expansionstakten ökar? Astronomer talar nu ibland om en avstötande kraft som ett möjligt sätt att förstå detta.

Under tiden fram till slutet av 1990-talet trodde de flesta kosmologer att universum inte hade tillräckligt med massa för att orsaka en Big Crunch. Framför allt tycktes data som förvärvats av 2dF Galaxy Redshift Survey och Sloan Digital Sky Survey bekräfta att universum skulle expandera i all evighet, om än i en allt långsammare takt eftersom universums egen massa och egen gravitation försökte dra tillbaka det.

Den första indikationen på att något revolutionerande var på väg att upptäckas kom 1998 i samband med en undersökning av supernovor av typ 1A. Dessa massiva explosioner av döende jättestjärnor är oerhört användbara för astronomer eftersom de alltid avger samma mängd ljus och därför kan användas som så kallade ”standardljus” för att beräkna avstånd i kosmos. Detta är en mycket enkel idé. Tänk på eldflugor på natten: de lyser alla med samma naturliga ljusstyrka. Genom att mäta hur ljusa de är från den plats där du befinner dig kan du beräkna deras avstånd.

Undersökningen 1998 genomfördes av två internationella grupper av astronomer, däribland amerikanerna Adam Riess och Saul Perlmutter samt Brian Schmidt i Australien. Med hjälp av åtta teleskop över hela världen ville de använda avståndet till supernovor av typ 1A för att beräkna universums expansionshastighet, den så kallade Hubblekonstanten (även om universums expansionshastighet i verkligheten varierar med tiden, vilket gör att den tekniskt sett inte är en konstant).

Resultaten av undersökningen var häpnadsväckande. Avlägsna supernovor som exploderade när universum bara var 2/3 av sin nuvarande ålder var mycket svagare än vad de borde ha varit, och låg därmed mycket längre bort. Innebörden av detta var att universum hade expanderat mycket snabbare än vad det borde ha gjort, om nuvarande idéer var korrekta.

Mottagits med stor skepsis i den astronomiska världen när dessa resultat avslöjades, replikerades observationerna snart av andra team och med andra metoder. Vid millennieskiftet stod det klart att universums expansion inte, som man vanligen trodde, avtar. Den accelererar faktiskt.

Ännu märkligare är att expansionen hade avaccelererat, som man kunde förvänta sig, fram till sju eller åtta miljarder år efter Big Bang. Men sedan, av helt okända skäl, började en mystisk ”antigravitationskraft” dominera och övervinna den broms som gravitationen lade på expansionen, som då vände sin avmattning och började accelerera.

Du kan föreställa dig hur chockerande detta avslöjande var för astronomer och kosmologer.

Den kraft som var ansvarig för denna acceleration döptes av forskarna till mörk energi. I det här fallet betyder mörk okänd snarare än bokstavligen mörk, vilket är fallet med mörk materia. Det bör noteras att mörk energi och mörk materia är helt orelaterade fenomen. Läs mer:

För att öka mysteriet tycks egenskaperna hos denna märkliga mörka energi stämma överens med Einsteins kosmologiska konstant, som ibland kallas hans fudge-faktor och som senare beskrevs av Einstein själv som hans livs största professionella misstag. Einstein avskydde idén om ett expanderande universum och föredrog det statiska universum som postulerades av den stabila kosmologin, som var populär i början av 1900-talet. Han uppfann en antigravitationskraft, av odefinierat ursprung, för att motverka den observerade expansionen av universum, vilket skulle resultera i ett universum som inte expanderar. Einstein drog dock senare tillbaka denna idé, som inte stöddes av observationer.

Mörk energi är ett av kosmologins stora olösta mysterier. Man tror nu att den utgör 68 procent av allt i universum, medan normal, så kallad ”baryonisk” materia – varje bit materia som vi faktiskt kan se – utgör endast 5 procent, och resten består av mörk materia, ett annat stort kosmiskt mysterium.

Den mörka energin beter sig som Einsteins antigravitationskraft, men dess natur och ursprung är fortfarande okänt. Ett av dess största mysterier är varför mörk energi började dominera universums expansionshastighet vid en viss tidpunkt miljarder år efter Big Bang. Om den finns nu, varför fanns den inte där hela tiden?

Fysiken bakom mörk energi är mycket spekulativ. En idé som har vunnit mark på senare år är att mörk energi liknar en kraft som kallas ”kvintessens”, som är en släkting till Higgsfältet. Men än så länge finns det inga observationella bevis för att stödja eller avfärda detta.

Kosmologerna har inte heller någon aning om den mörka energin kommer att fortsätta att accelerera universums expansion i all evighet, vilket leder till ett scenario, långt in i framtiden, där accelerationen kommer att övervinna de krafter som håller ihop universum och bokstavligen slita all materia i kosmos isär, i ett mardrömsscenario som kallas Big Rip.

Det finns flera pågående och framtida rymduppdrag och markbaserade undersökningar som kommer att undersöka den mörka energins natur, bland annat NASA:s omloppsgående WFIRST-teleskop och den internationella Dark Energy Survey, som är baserad i Chile.

Förhoppningsvis kommer vi snart att få en större förståelse för denna mystiska kraft, som har ett sådant inflytande över kosmos framtid, men för att få den förståelsen måste vi skissera upp en mycket mer fullständig historia av universum. Arkeologin för 13,7 miljarder år är dock extremt svår och tidskrävande, med så många forntida skikt i denna historia som saknas eller är otydliga, så vi kan inte förvänta oss några plötsliga avslöjanden.

Bottom line: Universum expanderar snabbare än vad äldre teorier förutspådde. Mörk energi, ett av kosmologins stora olösta mysterier, kan orsaka dess accelererande expansion. Mörk energi anses nu utgöra 68 procent av allt i universum.