Mi az a sötét energia, és miért gyorsul a tér tágulása?

Az erő, amely az univerzumot uralja

Minden, amit láthatunk – minden csillag, bolygó és galaxis – az univerzum kevesebb mint 5%-át teszi ki. További 27% a sötét anyag, egy láthatatlan anyag, amely összetartja a galaxisokat. A fennmaradó 68% valami még furcsább: a sötét energia, egy titokzatos hatás, amely egyre gyorsuló ütemben taszítja szét az univerzumot.

A gravitációval ellentétben, amely összehúzza az objektumokat, a sötét energia egyfajta antigravitációként hat kozmikus méretekben. Nem csomósodik, nem ragyog, és nem lehet palackba zárni. Mégis, ez irányítja a létező dolgok végső sorsát.

Hogyan fedezték fel a sötét energiát

1998-ban két független csillagászcsoport – a Supernova Cosmology Project és a High-z Supernova Search Team – egy speciális, Ia típusú szupernóvának nevezett robbanó csillagokat tanulmányozott. Ezek a csillagrobbanások mind nagyjából ugyanazt a csúcsfényességet érik el, ami hasznossá teszi őket „standard gyertyákként” a kozmikus távolságok méréséhez.

Mindkét csapat arra számított, hogy az univerzum tágulása a gravitáció hatására lassul. Ehelyett az ellenkezőjét fedezték fel: a távoli szupernóvák halványabbak voltak a vártnál, ami azt jelenti, hogy a galaxisok, amelyekben találhatók, távolabb voltak a vártnál. Az univerzum nemcsak tágult, hanem gyorsult is. A felfedezésért Saul Perlmutter, Brian Schmidt és Adam Riess 2011-ben fizikai Nobel-díjat kapott.

Vezető elméletek: Állandó vagy változó?

A tudósoknak két fő magyarázatuk van a sötét energiára, és egy döntő pontban nem értenek egyet.

A kozmológiai állandó

A legegyszerűbb ötlet Albert Einsteinig nyúlik vissza. 1917-ben egy kozmológiai állandónak (Λ) nevezett tagot adott hozzá az általános relativitáselmélet egyenleteihez, hogy az univerzum statikus maradjon. Később „élete legnagyobb baklövésének” nevezte, miután Edwin Hubble kimutatta, hogy az univerzum tágul. De az 1998-as felfedezés visszahozta a Λ-t: ez pontosan leír egy rögzített energiasűrűséget, amely magába a tér szövetébe van szőve. Ahogy a tér tágul, egyre több ilyen vákuumenergia jelenik meg, folyamatosan táplálva a gyorsulást.

Fejlődő sötét energia

Egy rivális elképzelés azt javasolja, hogy a sötét energia nem állandó, hanem idővel változik – ezt a koncepciót a fizikusok kvintesszenciának nevezik. Ebben a modellben egy dinamikus mező hatja át a teret, és erőssége növekedhet vagy csökkenhet az univerzum öregedésével. A Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) legújabb adatai tovább szították ezt a vitát: a barion akusztikus oszcillációk – a galaxisok eloszlásába fagyott hanghullámok – mérései azt sugallják, hogy a sötét energia mennyisége körülbelül 10%-kal alacsonyabb lehet most, mint 4,5 milliárd évvel ezelőtt, a CERN Courier szerint.

A bizonyíték csábító, de még nem meggyőző. A kutatók hangsúlyozzák, hogy a statisztikai szignifikancia 2,8 és 4,2 szigma között mozog attól függően, hogy mely adathalmazokat kombinálják – ez messze elmarad attól az 5 szigmás küszöbtől, amelyet a fizikusok a felfedezés bejelentéséhez megkövetelnek.

Miért fontos ez az univerzum sorsa szempontjából

A sötét energia természete határozza meg, hogyan ér véget a kozmosz. Ha állandó marad, az univerzum örökké tágulni fog, és a helyi csoportunkon túli galaxisok végül a megfigyelhető horizonton túlra távolodnak – ez egy lassú, hideg elhalványulás, amelyet Nagy Fagyásnak neveznek. Ha a sötét energia idővel erősödik, végül szétszakíthatja a galaxisokat, a csillagokat és még az atomokat is egy katasztrofális Nagy Szakadással. Ha gyengül, a tágulás lelassulhat vagy akár meg is fordulhat, ami egy Nagy Reccshez vezethet.

Hogyan keresnek a tudósok válaszokat

A műszerek új generációja példátlan pontossággal térképezi fel az univerzumot. A Dark Energy Survey nemrégiben publikálta a chilei Andokban található távcsővel gyűjtött hat évnyi adat végső elemzését, amely 758 éjszakai megfigyelés során 669 millió galaxist katalogizált. Kombinált eredményei megduplázták az univerzum tágulási történetére vonatkozó korábbi korlátozások pontosságát.

Eközben a DESI továbbra is építi a kozmosz legnagyobb háromdimenziós térképét, és a Vera C. Rubin Obszervatórium – amely várhatóan hamarosan megkezdi a tízéves felmérését – galaxisok milliárdjait fogja nyomon követni, hogy megmérje, hogyan növekednek a kozmikus struktúrák a gravitáció és a sötét energia közötti kötélhúzás alatt. Az Európai Űrügynökség 2023-ban indított Euclid küldetése saját, teljes égboltot átfogó felmérést végez az űrből.

Ezek a projektek együtt talán végre feltárják, hogy a sötét energia Einstein változatlan állandója-e, vagy valami sokkal dinamikusabb – és ezzel elmondják nekünk, hogyan ér véget az univerzum története.