Ciemna energia

Ciemna energia jest hipotetyczną formą energii, która miałaby wypełniać całą przestrzeń i wywierać na nią ujemne ciśnienie, wywołując przy tym rozszerzanie się Wszechświata. Należy ona do grupy pojęć, jakie wprowadzono dla wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz problemu brakującej masy we Wszechświecie. W 2011 roku opublikowano wyniki badań, które rzuciły nowe światło na sprawę i przemawiają za istnieniem omawianej formy energii.

Czym jest ciemna energia?

Przede wszystkim ciemnej energii nie należy mylić z ciemną materią, gdyż jej oddziaływanie grawitacyjne musi mieć charakter odpychający, w przeciwnym wypadku zostanie ona wciągnięta w obręb galaktyk i gromad galaktyk, co wpłynęłoby dynamicznie na widoczną materię. Żadnego takiego wpływu jednakże nie zaobserwowano. Na dodatek grawitacja odpychająca niweluje problem przyspieszonej ucieczki galaktyk. Wszelkie obecnie prowadzone pomiary stwierdzają, iż z nieznanego powodu Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Przy założeniu, że prędkość jego rozszerzania spowalniałaby, jak dotychczas sądzono, to wiek Wszechświata wynosi około 13,82 mld lat.

Zaproponowano dwie formy ciemnej energii – kwintesencję oraz stałą kosmologiczną. Pierwsza z nich jest dynamiczna, a druga statyczna. Do rozróżnienia tych dwóch form koniecznie jest przeprowadzenie bardzo precyzyjnych pomiarów rozszerzania się Wszechświata, które pozwoliłyby na uzyskanie obrazu zmiany tempa ekspansji z czasem. Jest to obecnie jedno z czołowych zadań, jakie stawia się przed kosmologią obserwacyjną. Hipoteza istnienia ciemnej energii nie uzyskała dotąd pełnej akceptacji w środowisku astrofizyków. Część teoretyków sądzi, że niewyjaśnione dotychczas przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata jest wynikiem niedokładności grawitacyjnej części ogólnej teorii względności, którą to uznaje się jako ekstrapolację teorii grawitacji, zgodną z danymi eksperymentalnymi z Układu Słonecznego. Dotychczas podjęte próby korygowania ogólnej teroii względności nie zgadzają się jednak z obserwacjami bądź są matematycznie tożsame z teorią kwintesencji.

Ciemna energia - w jaki sposób ją zaobserwować

Coraz dokładniejsze dane z przeglądów supernowych typu la wskazują na istnienie przyspieszonej ekspansji wszechświata. Pokrywają się z nimi także liczne obserwacje zjawisk takich jak soczewkowanie grawitacyjne czy mikrofalowe promieniowanie tła. Oprócz tego wskazuje na to analiza wielkoskalowej struktury Wszechświata i gromad galaktyk. Rozkład oraz amplitudy maksimów w widmie mocy oscylacji akustycznych mikrofalowego promieniowania tła są dowodem, przemawiającym za hipotezą, że Wszechświat jest płaski. Oznacza to,k że suma gęstości masy-enegii w stosunku do gęstości krytycznej wynosi 1. Sama zaś gęstość materii z uwzględnieniem ciemnej materii oraz barionów to zaledwie około 30% gęstości krytycznej. Wskazują na to obserwacje rozkładu struktur wielkoskalowych oraz barionowych oscylacji akustycznych. Zgodnie z tym gęstość ciemnej energii musi stanowić pozostałe 70%. Wynik ten można otrzymać po dopasowaniu skomplikowanego modelu kosmologicznego, zawierającego niemal 20 swobodnych parametrów. Jest on całkowicie niezależny od rezultatu obserwacji supernowych.

Przeglądy gromad galaktyk dają możliwość zdefiniowania pewnych ograniczeń względem historii ekspansji Wszechświata. Jest tak dlatego, że rozkład mas i ich przesunięć ku czerwieni są funkcją parametrów kosmologicznych. W tym przypadku za obserwable uznamy efekt Suniajewa-Zeldowicza oraz jasność rentgenowską gromady. Dokonanie pomiaru rozkładu ciemnej materii oraz jej ewolucji w czasie jest możliwe. Zawdzięczamy to zjawisku słabego soczewkowania grawitacyjnego, czyli zniekształcaniu obrazów odległych galaktyk wskutek zakrzywienia ich światła w trakcie przechodzenia przez wielkoskalową strukturę. Metodę uzupełniającą może stanowić pomiar słabego soczewkowania anizotropii mikrofalowego promieniowania tła. Ponadto, aby opracować dokładniejszy diagram Hubble’a, poza supernowymi typu la, jako świece standardowe proponuje się również błyski gamma oraz fale grawitacyjne, które emitują podwójne układy zlewających się czarnych dziur i gwiazd neutronowych, określane mianem standardowych syren.