W 1998 roku astronomowie dokonali ważnego dla fizyki odkrycia. Obserwacje 50 eksplodujących białych karłów, zwanych supernowymi typu Ia, ujawniły, że Wszechświat nie tylko się rozszerza – co było wiadomo już wcześniej – ale robi to coraz szybciej. Naukowcy wprowadzili wtedy nowe pojęcie: "ciemną energię". Dziś, ćwierć wieku później, wygląda na to, że owa energia wcale nie jest tak stabilna, jak dotychczas zakładano.
Supernowe typu Ia to eksplozje gwiazd, które osiągnęły masę około 1,4 razy większą od Słońca, tzw. granicę Chandrasekhara. Dochodzi do tego, gdy biały karzeł – martwe jądro po gwieździe podobnej do Słońca – przechwytuje materię od towarzysza w układzie podwójnym. Gwiazda puchnie, aż w końcu wybucha. Jasność każdej takiej eksplozji jest bardzo zbliżona, dzięki czemu supernowe typu Ia stały się swego rodzaju kosmicznymi "latarniami morskimi", pozwalającymi precyzyjnie mierzyć odległości i tempo rozszerzania się Wszechświata.
Katalog Union3, najnowszy zestaw danych, gromadzi rekordowe 2087 supernowych typu Ia na przestrzeni 7 miliardów lat kosmicznej historii. Jest to znaczący postęp w stosunku do poprzedniego katalogu, który obejmował jedynie 557 eksplozji. Co ważne, Union3 standaryzuje dane z różnych teleskopów i technik obserwacyjnych, eliminując błędy, które mogłyby zniekształcić wyniki.
Według standardowego modelu kosmologicznego Lambda-CDM ciemna energia ma stałą wartość. Jest to "stała kosmologiczna", której istnienie zakładał już Einstein, choć traktował ją jako swoją największą pomyłkę. Obecnie wiemy, że ta "pomyłka" odpowiada za około 70% całej energii i materii Wszechświata, skutecznie oddalając od siebie galaktyki. Natomiast badania z wykorzystaniem katalogu Union3 sugerują, że ciemna energia wcale nie musi być stałą. Wręcz przeciwnie – wygląda na to, że jej intensywność może słabnąć z czasem.
Potwierdzają to wyniki zespołu kierowanego przez Davida Rubina z Uniwersytetu Hawajskiego, które są zgodne z wcześniejszymi obserwacjami z Dark Energy Spectroscopic Instrument. Obie techniki – supernowe typu Ia oraz oscylacje akustyczne barionów – wskazują, że standardowy model Lambda-CDM może wymagać korekt. I to niemałych.
Konsekwencje zmiennej ciemnej energii są dalekosiężne. Jeżeli ów dominujący składnik kosmosu słabnie, rozszerzanie się Wszechświata powinno stopniowo zwalniać. To z kolei rodzi pytanie o jego ostateczny los. Czy kosmos będzie się rozszerzał w nieskończoność, ale coraz wolniej, czy też – po osiągnięciu punktu zwrotnego – zacznie się ponownie kurczyć?
Na stole wciąż leżą scenariusze od wiecznej ekspansji po Wielki Kolaps, w którym Wszechświat ostatecznie zapadnie się w sobie. Choć dane Union3 sugerują tendencję do osłabienia ciemnej energii, naukowcy ostrożnie hamują entuzjazm. Dokładniejsze wyniki dopiero przed nami.
Ważną rolę w dalszych badaniach odegrają przyszłe obserwacje z obserwatorium im. Very Rubin. Nowa generacja teleskopów, z Rubin właśnie na czele, pozwoli na zarejestrowanie nawet miliona supernowych typu Ia w ciągu kolejnej dekady. Ów ogrom danych umożliwi jeszcze precyzyjniejsze pomiary, redukując obecne niepewności. Badacze liczą, że właśnie wtedy uda się ostatecznie ustalić, czy ciemna energia naprawdę słabnie, czy jednak w grę wchodzą nieznane efekty lub błędy pomiarowe.
Naukowcy właśnie teraz zaczynają zauważać istotne różnice między obserwacjami a przewidywaniami modelu Lambda-CDM. Zbliżamy się do poziomu dokładności, który pozwala na wykazanie różnic w parametrach między różnymi teoriami ciemnej energii.
W najbliższym czasie katalog Union3 zostanie poszerzony o kolejne setki eksplozji, zarówno z odległych zakątków Wszechświata, jak i tych bliskich, bardziej lokalnych supernowych. Kalibracja przesuniętych ku "dolnym" rejestrom czerwieni supernowych ma tu największe znaczenie, gdyż błędy w tym zakresie mogą szczególnie zaburzyć końcowy obraz.
Czytaj również: Jak skończy się Wszechświat? Ciemna energia ma małą podpowiedź
Gdy do gry wejdą nowe dane, w połączeniu z wynikami oscylacji BAO dostarczanymi przez DESI, naukowcy będą mogli z jeszcze większą pewnością powiedzieć, czy ciemna energia jest zmienna wraz z czasem. Na ten moment są ostrożni, ale mają też świadomość, że właśnie teraz w fizyce kosmosu może zacząć się nowy rozdział. Stawką jest zrozumienie nie tylko natury ciemnej energii, ale i przyszłości Wszechświata, którego los wciąż pozostaje otwartą kwestią.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
