Ciemna energia

Ciemna energia (ang. dark energy) – hipotetyczna forma energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, przyspieszając tempo rozszerzania się Wszechświata^[2]. Jest to jedno z pojęć wprowadzonych w celu wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz problemu brakującej masy we Wszechświecie. Wyniki badań opublikowane w 2011 wydają się potwierdzać istnienie ciemnej energii^[3][4][5].

Pomysłodawcą tego terminu jest Michael Turner.

Ciemna energia różni się istotnie od ciemnej materii – jej oddziaływanie musi mieć charakter odpychający, gdyż inaczej, wciągnięta w obręb galaktyk i gromad galaktyk, wpływałaby dynamicznie na widoczną materię. Żadnego takiego wpływu jednak nie zaobserwowano. Ponadto siła odpychająca rozwiązuje problem przyspieszonej ucieczki galaktyk. Wszystkie obecne pomiary stwierdzają, że z niewiadomego powodu Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Z pomiarów obecnego tempa ekspansji, przy założeniu, że ulega ona spowolnieniu, wynikałoby, że wiek Wszechświata wynosi około 13,82 mld lat^[1]. Przyspieszające tempo ekspansji Wszechświata, pozwala pogodzić obliczony wiek Wszechświata z obserwowanym wiekiem ciał niebieskich.

W 1998 roku dwie niezależne grupy badaczy, wykorzystując pomiary odległych supernowych typu Ia wykryły, że tempo ekspansji Wszechświata ulega przyspieszeniu, i to dokładnie tak, jak przewidywano. Przeprowadzone w 2003 roku nowe badania promieniowania dochodzącego z obszarów nieba o większym zagęszczeniu galaktyk dowodzą, że promieniowanie dobiegające do Ziemi ma wyższą energię (o częstotliwościach przesuniętych w kierunku niebieskiej części widma), co może być interpretowane jako przejaw działania ciemnej energii.

Istnieją liczne hipotezy na temat pochodzenia i natury ciemnej energii. W jednej rozważana jest energia próżni, w innej nieznane pole sił (pole kwantowe zwane kwintesencją).

Dwiema zaproponowanymi formami ciemnej energii są stała kosmologiczna i kwintesencja. Pierwsza z nich jest statyczna, druga dynamiczna. Rozróżnienie pomiędzy tymi dwiema formami wymaga bardzo dokładnych pomiarów ekspansji Wszechświata, które dałyby obraz zmiany tempa ekspansji z czasem. Obecnie jest to jedno z czołowych zadań kosmologii obserwacyjnej.

Używając stałej kosmologicznej w modelu standardowej teorii kosmologii (metryka FLRW) otrzymuje się obecnie dominujący model kosmologiczny, znany jako convergence model czy Model Lambda-CDM, pomimo że aspekt CDM, tzn. że ciemna materia jest zimna, jest mniej testowany niż aspekty geometryczne.

Hipoteza istnienia ciemnej energii nie jest jak dotąd powszechnie zaakceptowana w środowisku astrofizyków. Część teoretyków uważa, że niewyjaśnione dotąd przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata wynika z niedokładności grawitacyjnej części ogólnej teorii względności, którą uznaje się jako ekstrapolację teorii grawitacji, zgodnej z danymi eksperymentalnymi z Układu Słonecznego. Jednakże wszystkie dotychczasowe próby korygowania ogólnej teorii względności są albo matematycznie tożsame z teorią kwintesencji, albo nie zgadzają się z obserwacjami.