Energia întunecată este una din cele mai mari enigme ale științei și acum suntem cu un pas mai aproape de a o înțelege

În urmă cu peste zece ani, Dark Energy Survey (DES) a început să cartografieze universul pentru a găsi dovezi care ne-ar putea ajuta să înțelegem natura misteriosului fenomen cunoscut sub numele de energie întunecată.  

Sunt unul dintre cei peste 100 de oameni de știință care au contribuit la ultimele măsurători DES şi care tocmai au fost anunţate la cea de-a 243-a reuniune a Societății Americane de Astronomie din New Orleans. 

Se estimează că energia întunecată reprezintă aproape 70% din universul observabil, dar încă nu înțelegem ce este. Chiar dacă natura sa rămâne misterioasă, energia întunecată exercită un efect care este resimțit la scara mare a universului. Efectul său principal este expansiunea accelerată a universului. 

Credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA

Anunțul din New Orleans poate însemna că suntem mai aproape de o mai bună înțelegere a acestei forme de energie. Printre altele, ne oferă posibilitatea de a testa observațiile noastre în raport cu constanta cosmologică, care a fost introdusă de Albert Einstein în 1917 ca o modalitate de a contracara efectele gravitației în ecuațiile sale. Scopul a fost obținerea unui univers static (care nu se extinde şi nici nu se contractă).

Einstein a eliminat mai târziu constanta cosmologică din calculele sale. 

Cu toate acestea, cosmologii au descoperit mai târziu că universul se extinde și că expansiunea sa este accelerată. Această observație a fost atribuită energiei întunecate. Conceptul lui Einstein despre constanta cosmologică ar putea explica de fapt energia întunecată dacă aceasta ar avea o valoare pozitivă (conformă expansiunii accelerate a cosmosului). 

Rezultatele DES sunt punctul culminant al muncii unor cercetători din întreaga lume timp de decenii și oferă una dintre cele mai bune măsurători de până acum a unui parametru greu de identificat numit „w” şi care reprezintă „ecuația de stare” a energiei întunecate.  

Încă de la descoperirea energiei întunecate în 1998, valoarea ecuației sale de stare a reprezentat o problemă fundamentală. Această stare descrie raportul dintre presiune și densitatea de energie pentru o substanță. Totul în univers are o ecuație de stare. 

Valoarea ecuației de stare ne spune dacă o substanță este asemănătoare unui gaz (descrisă de teoria relativității a lui Einstein) sau nu sau dacă se comportă ca un fluid. Determinarea acestei valori este primul pas pentru a înțelege cu adevărat adevărata natură a energiei întunecate. 

Cea mai bună teorie a noastră pentru w prezice că ar trebui să fie exact minus unu (w=-1). Această predicție presupune, de asemenea, că energia întunecată este constanta cosmologică propusă de Einstein. 

Rezultate versus estimări 

O ecuație de stare de -1 ne spune că pe măsură ce densitatea de energie a energiei întunecate crește, așa crește și presiunea negativă. Cu cât este mai mare densitate de energie în univers, cu atât există mai multă repulsie. Cu alte cuvinte, există respingere între materia din univers. Acest lucru duce la un univers în continuă expansiune, accelerat. Poate părea puțin bizar, deoarece este contraintuitiv în raport cu tot ce experimentăm pe Pământ. 

Studiul folosește cea mai directă sondă pe care o avem asupra istoriei expansiunii universului: supernovele de tipul Ia. Acestea sunt un tip de explozie stelară și acționează ca un fel de etalon cosmic, permițându-ne să măsurăm distanțe uimitor de mari din univers. Aceste distanţe pot fi apoi comparate cu estimările noastre. Este aceeași tehnică care a fost folosită pentru a detecta existența energiei întunecate în urmă cu 25 de ani. 

Diferența o reprezintă acum mărimea și calitatea eșantionului de supernove. Folosind tehnici noi, echipa DES are acum de 20 de ori mai multe date, pe o gamă largă de distanțe cosmice. Acest lucru a permis una dintre cele mai precise măsurători ale lui w, obţinându-se valoarea de -0,8. 

Observatorul Vera Rubin Credit: H. Stockebrand/Rubin/NSF/AURARubinObs/NSF/AURA , CC BY 

Aceasta nu este valoarea exactă -1 pe care am prezis-o. Acest lucru ar putea indica faptul că energia întunecată nu este constanta cosmologică. Cu toate acestea, incertitudinea asupra acestei măsurători este suficient de mare pentru a permite -1 cu o șansă de 5%. Acest grad de incertitudine nu este încă suficient de bun pentru a susţine oricare dintre variante, dar este un început excelent. 

Această măsurătoare poate semnala sfârșitul modelelor „Big Rip”. În astfel de modele, universul s-ar extinde la infinit într-un ritm din ce în ce mai rapid – în cele din urmă distrugând galaxiile, sistemele planetare și chiar spațiu-timpul. Asta e o uşurare. 

Ca de obicei, oamenii de știință doresc mai multe date, iar aceste planuri sunt deja în desfășurare. Rezultatele DES sugerează că noile noastre tehnici vor fi utilizate în cadrul viitoarelor experimente cu supernove, misiunea Euclid lansată de Agenția Spaţială Europeană în iulie 2023 și noul Observator Vera Rubin din Chile.  

Telescopul din acest observator urmează să realizeze în curând o primă imagine a cerului, oferind un indiciu cu privire la capacităților sale. 

Aceste telescoape de ultimă generație ar putea găsi alte mii de supernove, ajutându-ne să facem noi măsurători ale ecuației de stare și astfel să înțelegem mai bine natura energiei întunecate. 

Traducere după Dark energy is one of the biggest puzzles in science and we’re now a step closer to understanding it