Energia întunecată rămâne o necunoscută17 min read

Există peste tot în jurul nostru, dar nu o putem vedea. Reprezintă aproape 70% din tot ceea ce există în Univers, dar oamenii de știință nu știu ce anume e. Energia întunecată, un mister care face ca Universul să se extindă tot mai rapid.

De 23 de ani, de când i s-a descoperit existența, astrofizicienii încearcă să înțeleagă ce anume este energia întunecată și care este rolul pe care l-ar putea juca în evoluția viitoare a Universului.

Dark Energy Survey (DES)Site oficial: darkenergysurvey.org este cel mai recent proiect de studiere a energiei întunecate. DES este o colaborare internațională a peste 400 de oameni de știință de la mai mult de 25 de instituții din întreaga lume. „Colaborarea este remarcabil de tânără. Este înclinată puternic în direcția celor cu studii postdoctorale și a studenților absolvenți care fac o cantitate imensă din această muncă”, a declarat directorul și purtătorul de cuvânt al Dark Energy Survey, Rich Kron. „Este într-adevăr îmbucurător. O nouă generație de cosmologi este instruită folosind Dark Energy Survey”.

Proiectul s-a desfășurat între anii 2013 și 2019 și a folosit ca instrument principal telescopul Víctor M. Blanco„Víctor M. Blanco 4-meter Telescope”, noirlab.edu din Chile. Telescopul este echipat cu o camera foto special concepută și construită pentru Dark Energy Survey. Dark Energy Camera sau DECam, Detalii pe: darkenergysurvey.org pe scurt, nu este orice fel de cameră, ci are 570 de megapixeli, patru metri lungime și cântărește aproape cinci tone.

„DECam a fost necesară pentru a realiza Dark Energy Survey, dar a creat și un nou instrument de descoperire, de la sistemul solar la universul îndepărtat”, a precizat Alistair Walker, astronom la National Optical Astronomy Observatory, într-un comunicat al Dark Energy Survey. „De exemplu, 12 luni noi ale lui Jupiter au fost descoperite recent cu DECam, iar detectarea galaxiilor îndepărtate, din perioada timpurie, când Universul avea doar câteva procente din vârsta sa actuală, a dat noi perspective asupra sfârșitului erei întunecate a Universului.”

Telescopul Victor M. Blanco. Alexandru Tudorică/Wikimedia Commons

Parametrul de care depinde soarta universului

Timp de șase ani, astronomii au observat mii de supernove de tip Ia și sute de milioane de galaxii situate într-o anumită zonă a cerului emisferei sudice, pentru a încerca să înțeleagă mai bine ce este energia întunecată.

La sfârșitul lunii mai 2021, Dark Energy Survey a publicat o serie de lucrări științifice având la bază datele a trei ani de observații.

Chiar dacă nu știu ce anume este, cercetătorii pot totuși să măsoare un parametru foarte important ai energiei întunecate. Parametrul este denumit ecuația de stare a energiei întunecate și îl poți găsi notat cu w în lucrările științifice. Acesta a mai fost măsurat și în trecut. Spre exemplu, în 2015, folosind observațiile telescopului Plank,„Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters”, arxiv.org (PDF) cercetătorii au măsurat w ca fiind −1.006 ± 0.045.

De ce e important acest parametru?

Păi, de valoarea acestuia depinde soarta întregului Univers.

Dacă w ar fi exact -1, atunci Universul s-ar extinde din ce în ce mai rapid, la nesfârșit. Dacă w ar fi mai mare de -1, extinderea accelerată a Universului ar încetini în timp. Dacă w ar fi mai mic de -1, atunci lucrurile ar fi și mai interesante. În acest caz, peste vreo 22 de miliarde de ani, energia întunecată ar putea duce la ruperea pur și simplu a Universului.

Rezultatul obținut de Dark Energy Survey a fost diferit. Într-o lucrare„Dark Energy Survey Year 3 Results: Cosmological Constraints from Galaxy Clustering and Weak Lensing”, https://www.darkenergysurvey.org (PDF) condusă de Dr. Timothy M. C. Abbott de la Cerro Tololo Inter-American Observatory, membrii Dark Energy Survey au măsurat w ca fiind -0,98 ( +0,32, -0,2). Având în vedere și alte rezultate obținute pentru w,„Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Cosmological Parameter Results”, arxiv.org (PDF) se pare că valoarea lui tinde spre -1. Ca de obicei în astronomie, mai este nevoie de multe cercetări pentru a putea spune cu mai multă siguranță care este soarta Universului. Deci, să sperăm că, odată cu publicarea și a celorlalte date din ceilalți trei ani ai studiului, rezultatul va putea fi unul mai sigur.

Dark Energy Survey nu a fost primul studiu dedicat aflării naturii energiei întunecate și nu va fi nici ultimul. În viitor sunt planificate și alte astfel de observații care ar putea oferi valori mai exacte pentru w. „Dark Energy Survey realizat cu telescopul Blanco al National Science Foundation a pregătit scena pentru descoperirile remarcabile care vor veni odată cu Observatorul Rubin,„Rubin Observatory | Opening a digital window for discovery of the dynamic universe”, lsst.org în deceniul următor”, spune Chris Davis, director de programe în cadrul National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory.

CITEȘTE ȘI: S-a găsit cea mai apropiată gaură neagră? 

O mică istorie a descoperirii expansiunii Universului

În anul 1920 avea loc Marea Dezbatere„Why the `Great Debate’ Was Important”, apod.nasa.gov dintre Heber Curtis, astronom la Observatorul Lick, și Harlow Shapley, de la Mount Wilson Solar Observatory. Cei doi au prezentat fiecare câte o lucrare în care argumentau care este mărimea și ce anume conținea Universul. Harlow Shapley era de părere că Universul era format dintr-o singură Galaxie, Calea Lactee, în timp ce Curtis spunea că galaxia Calea Lactee este doar una dintre multe altele care există în Univers.

În 1924, Edwin Hubble oferea primele dovezi observaționale că unele dintre nebuloasele pe care le observase erau prea departe pentru a fi în interiorul galaxiei noastre. Deci, pentru prima data astronomii aveau confirmarea că Universul conține și alte galaxii, așa cum argumenta Curtis.

Tot Hubble a fost cel care, în 1929, aducea dovezi observaționale că Universul este în expansiune, ceea ce face ca galaxiile să se îndepărteze una de cealaltă din ce în ce mai repede pe măsură ce te îndepărtezi de Pământ.

NASA/ESA/Judy Smith

Ceva ciudat a fost descoperit în 1998

Oamenii de știință erau convinși că, odată cu trecerea timpului, atracția gravitațională a tuturor galaxiilor din Univers va face ca viteza de expansiune să încetinească. În 1998, două echipe de astronomi au încercat să măsoare viteza cu care încetinește această expansiune. Ca și Dark Energy Survey, și acești astronomi au folosit în observațiile lor tot supernove de tip Ia aflate în galaxii îndepărtate.

Rezultatul pe care l-au obținut independent unii de ceilalți a fost unul surprinzător, dacă nu chiar șocant.

Nu doar că Universul nu încetinea, ci viteza de expansiune era una accelerată. Ca să înțelegi cât de ciudată e această descoperire, încearcă să-ți imaginezi că arunci în sus o minge de fotbal. Cu tot ceea ce știi despre fizică, te-ai aștepta ca mingea, sub efectul gravitației Pământului, să încetinească pe măsură ce urcă, să atingă o înălțime maximă, apoi să coboare și într-un final să revină pe sol. Ei, acum imaginează-ți că în loc să încetinească, mingea ar accelera din ce în ce mai repede și ar ieși din atmosfera Pământului, avântându-se în adâncul spațiului cosmic. Acum înțelegi cât de surprinși au fost astronomii în 1998, care nu și-au imaginat acest scenariu, ci l-au văzut reieșind din datele oferite de observațiile pe care tocmai le realizaseră.

Neștiind ce anume produce acest efect, astrofizicienii au numit această forță misterioasă energie întunecată.

Supernova 1987A. NASA, ESA, and R. Kirshner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and Gordon and Betty Moore Foundation), and M. Mutchler and R. Avila (STScI)

Ce este o supernovă de tip Ia?

Spuneam mai sus că și astronomii din 1998, și cei din cadrul Dark Energy Survey au folosit în observațiile lor supernove de tip Ia. Dar de ce aceste supernove? Ce au ele special?

Oamenii de știință clasifică supernovele în două tipuri mari: tipul Ia și tipul II.Mai multe detalii pe nasa.gov

Supernovele de tip II sunt produse de stele mult mai masive decât Soarele. Când mor, aceste stele explodează într-unul dintre cele mai violente evenimente din Univers, o supernovă. Astronomii numesc acest eveniment cataclismic supernovă de tip II.

Supernovele de tip Ia au loc în sisteme binare formate dintr-o stea pitică albă și o altă stea. Steaua pitică albă reprezintă ceea ce a rămas după moartea unei stele de mărimea Soarelui.

Dacă pitica albă se află destul de aproape de steaua companion, atunci gravitația piticei poate atrage materie de la cealaltă stea, materie care va cădea pe pitica albă. Atunci când cea din urmă va depăși 1,4 mase solare,Limita Chandrasekhar, britannica.com aceasta va exploda într-o supernova de tip Ia.

Aceste supernove mai sunt denumite de astronomi „lumânări standard”. Pentru că toate explodează când depășesc 1,4 mase solare, eliberează aceeași cantitate de energie, deci sunt la fel de strălucitoare. Însă, cu cât ceva este mai departe, cu atât va fi mai puțin strălucitor, așa că astronomii pot calcula distanța la care se află aceste supernove de tip Ia. Lucru foarte important atunci când vrei să afli distanța la care se află o galaxie. Dacă observi o supernovă de tip Ia în galaxia respectivă, atunci poți afla ușor distanța până la ea. La acest lucru ajută și faptul că supernovele sunt foarte strălucitoare, mai strălucitoare decât întreaga galaxie, deci sunt relativ ușor de observat de pe Pământ. Din acest motiv, supernovele de tip Ia sunt folosite de astronomii care vor să studieze deplasarea în spațiu a galaxiilor ca urmare a efectului energiei întunecate.

CITEȘTE ȘI: Planeta care își regenerează atmosfera