Gyengül a sötét energia, mi lesz az univerzummal?

Gyengül a sötét energia, mi lesz az univerzummal?

A világegyetem újabb vizsgálatai szerint a kozmológia standard modellje nem állja meg a helyét, mert a sötét energia gyengül. A Lambda-CDM-modell elmélete azt sugallja, a sötét energia pozitív energiasűrűségű, a nyomása negatív, semlegesíti a gravitációs vonzást. A standard modell hívei szerint a világegyetem nagy részét kitöltő sötét energia magyarázatot adhat a gyorsulva tágulásra.

Az univerzum felgyorsult tágulását kicsit több mint 25 éve fedezték fel. A sötét energia új információi a kozmosz valaha készült egyik legnagyobb térképének részeként érkeztek, amelyet a Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) első évében gyűjtött adatok felhasználásával készítettek.

A DESI eddig nem létező részletességgel térképezte fel a galaxisokat és a kvazárokat, létrehozva a világegyetem valaha készült legnagyobb 3D-s térképét, és megmérte, az univerzum milyen gyorsan tágult 11 milliárd év alatt. A tudósok a 8-11 milliárd évvel ezelőtti tágulási történetre is következtetni tudtak. A DESI-projekt 2021-ben indult, és már az első év adataival felülmúlta az összes korábbi 3D spektroszkópiai térképet, valamint megerősítette az univerzum legjobb modelljének alapjait.

A műszer 5000 robotszeme galaxisok millióiból gyűjti össze a fényt, és a fényhullámhossz változásainak mérésével következtet az univerzum tágulására.

Einstein ötlete

A kozmológiai állandó, amit a görög lambda betűvel jelölünk, 1915-ben lett tudományos tény, amikor Albert Einstein nyilvánosságra hozta korszakalkotó ötletét, az általános relativitáselméletet, miszerint a gravitáció a tér és az idő görbületéből származik. 1917-ben Einstein és Willem de Sitter holland csillagász bebizonyította, hogy az általános relativitáselmélet egyenletei használhatók az univerzum leírására. De egyenletei a kor felfogásának megfelelően egy statikus világegyetemet írnak le, ami nem tágul és nem is zsugorodik, ezért adta Einstein az egyenlethez a kozmológiai állandót (avagy lambdát).

1929-ben Edwin Hubble távoli galaxisokat tanulmányozott, és észrevette, hogy ezek fénye megnyúlik (vöröseltolódás történik). És minél távolabb van egy galaxis, annál nagyobb ez a hatás, vagyis az univerzum nem statikus, hanem tágul. Ennek a tágulásnak a sebességét próbálták megmérni, és elnevezték „Hubble-állandónak”.  Időközben Einstein is rájött, hogy talán tévedett, a lambda bevezetését élete legnagyobb baklövésének nevezte.

1998-ban két egymástól független csillagászcsoport távoli szupernóvákat tanulmányozott, amikor felfedezték, hogy az univerzum tágulása nem lassul.

Bevezették a sötét energia fogalmát, ami az univerzum anyagának és energiájának a 70 százalékát is kiteszi.

Az LCDM-modellben a sötét energiát az újra felfedezett kozmológiai állandó képviseli, ami most a gravitáció ellen hat, és gyorsuló ütemben távolítja el egymástól a tér és az idő szövetét.

De hiába vezették be a tér gyorsuló tágulásának értékét, a kozmológiai állandó probléma maradt. Az adatok, amiket távoli szupernóvák megfigyeléseiből és a kvantumfizikai elméletekből következtettek, változnak.

Az LCDM-modell szerint az ősrobbanást követően az univerzum nagy sűrűségű, homogén és forró volt, tágulásával azonban megjelentek az energiaingadozások. A tér átrendeződésével a sötét anyag elkezdett csomópontokba sűrűsödni, az új atomok gázmolekulákat gerjesztettek. Ekkor az univerzumban hidrogén, hélium és sötét anyag volt.

Ősgalaxisok

A nagyobb sűrűségű területeken összpontosult a gáz és a sötét anyag, és létrejöttek az első protogalaxisok, vagy azok a gázfelhők, amelyek galaxissá formálódnak. Ezekben az ősgalaxisokban a hidrogén és a hélium hozta létre az első csillagokat, és amikor a protogalaxisok és a körülöttük lévő fényudvarok egyesültek, egyre nagyobb galaxisok születtek. E szerint a modell szerint a sötét energia állandó, de a DESI megfigyelései arra engednek következtetni, hogy nem az. Ha pontosak ezek az új mérések, akkor a kozmológiai állandó bizony nem jól írja le az űr energiasűrűségét.

Van egy olyan elképzelés is, hogy a sötét energia a változatlan kozmológiai állandó, de a galaxisok idővel olyan messze kerülnek egymástól, hogy az éjszakai égbolt teljesen üres lesz

– mondta García Peñaloza, a DESI munkatársa, a kolumbiai egyetem kozmológusa. Ennek következménye lehet az univerzum hőhalála (Big Chill vagy Big Freeze), vagyis a világegyetem egymástól távol eső holt galaxisok hideg gyűjtőhelye lesz. Vagy a felgyorsult tágulás a téridő szövetének szétszakadását okozhatja, ez lenne a nagy reccs (Big Crunch), amikor a gravitáció miatt az univerzum összehúzódik, összezuhan egy szuperforró, szupersűrű szingularitássá. Eszerint az univerzum olyan, mint egy óriási felfújt, ami kicsiből nagy lesz, majd összeesik.

A kozmológusok legnagyobb öröme most az, hogy a DESI eredményeit majd össze lehet vetni a 2023. július 1-jén felbocsátott Euclid űrteleszkóp adataival. Ez a két különböző küldetésből származó adathalmaz egymást kiegészítő képet adhat az univerzumról, a viselkedéséről, arról, hogy alakítja a sötét energia az univerzális szerkezetet.