Záhadná častica mení osud vesmíru: Vedci odhalili prekvapivú pravdu o temnej energii

Už viac ako 20 rokov lámeme hlavy nad jednou z najväčších záhad vesmíru. Prečo sa rozširovanie vesmíru zrýchľuje namiesto toho, aby sa spomaľovalo? Za túto neobvyklú situáciu môže záhadná sila, ktorú nazývame temná energia.

Temná energia tvorí asi 70 percent celého vesmíru. Napriek tomu nikto nevie, čo vlastne je. Najjednoduchšie vysvetlenie hovorí, že temná energia je konštantná – nemenná vlastnosť prázdneho priestoru samotného. Túto myšlienku sformuloval už pred storočím Albert Einstein ako svoju „kozmologickú konštantu“.

Informujú o tom web Knowridge a štúdia uverejnená na portáli APS Physical Review Journals.

Prvé známky zmeny

Vlani dáta z projektov Dark Energy Survey a Dark Energy Spectroscopic Instrument rozvírili svet kozmológov. Merania naznačujú, že sila temnej energie sa môže meniť v čase. Ak je to pravda, bude to prvý dôkaz, že temná energia nie je Einsteinova kozmologická konštanta, ale niečo oveľa dynamickejšie.

Josh Frieman, emeritný profesor z Chicagskej univerzity a Anowar Shajib, vedecký spolupracovník NASA sa rozhodli túto možnosť preskúmať. Ako svoju štúdii publikovanej v časopise Physical Review D analyzovali výsledky z viacerých prieskumov. Porovnali ich s modelmi meniacej sa temnej energie.

Výsledky sú fascinujúce. Dynamické modely lepšie vysvetľujú namerané dáta než štandardný model s konštantnou temnou energiou.

Myšlienka je jednoduchá, ale zásadná. Ak temná energia nie je pevná, mohla by za kozmické zrýchľovanie stáť nejaká iná sila. Možno úplne neznáma častica. Podľa modelov by táto častica musela byť neuveriteľne ľahká – mnohonásobne menšia než elektrón.

Stojí nová častica za zrýchlením vesmíru?

Prečo je to dôležité? Frieman to vysvetľuje takto: „Presne vieme, koľko temnej energie existuje, ale nevieme, čo to je. A čokoľvek to je, určí budúcnosť vesmíru.“

Doteraz dáta celkom dobre sedeli s modelom konštantnej temnej energie. Novšie pozorovania však naznačujú niečo iné. Kombinujú výbuchy supernov, rozloženie galaxií a kozmické mikrovlnné pozadie. Všetko poukazuje na malý, ale merateľný pokles hustoty temnej energie za posledných niekoľko miliárd rokov.

Pokles je asi desaťpercentný. Môže pôsobiť nepatrný, ale stačí na to, aby spochybnil celý štandardný obraz vesmíru.

Frieman so Shajibom sa obrátili na časticovú fyziku. Ich modely používajú verziu axiónu – hypotetickej častice navrhnutej v sedemdesiatych rokoch minulého storočia. Axióny sa zvyčajne považujú za kandidátov na temnú hmotu.

V tomto scenári by však „ultra ľahký“ axión mohol pôsobiť ako temná energia. Miliardy rokov by jeho hustota zostávala konštantná. Nakoniec by sa však začal vyvíjať – ako lopta na svahu, ktorá sa konečne rozhodne skutáľať. Hustota temnej energie by sa pomaly znižovala.

Aká budúcnosť čaká vesmír?

Čo by to znamenalo pre budúcnosť vesmíru? Ak temná energia slabne, kozmické zrýchľovanie sa tiež spomalí. To vylučuje niektoré dramatické scenáre, o ktorých vedci špekulovali.

Netreba sa báť „Veľkého roztrhu“, pri ktorom by sa všetko – dokonca aj atómy – rozpadlo kvôli nezastaviteľnému rozširovaniu. Neočakáva nás ani „Veľký kolaps“, pri ktorom by sa rozširovanie obrátilo a vesmír by sa zrútil späť do seba.

Namiesto toho modely predpovedajú pomalšie, ale stále rozširovanie. Vesmír nakoniec skončí chladný, tmavý a prázdny – v takzvanom „Veľkom zmrazení“.

Pre Friemana je tento výsledok ako déjà vu. „Keď sme začali Dark Energy Survey v roku 2003, našim hlavným cieľom bolo zistiť, či je temná energia konštantná alebo sa mení. Dvadsať rokov nám dáta stále hovorili, že je konštantná. Takmer sme sa tej otázky vzdali. Teraz konečne vidíme náznaky, že sa možno vyvíja. Ak je to pravda, mení to všetko, o čom sme si mysleli, že to vieme.“

Revolúcia v chápaní vesmíru

Shajib súhlasí: „Spojili sme všetky významné databázy, ktoré dnes máme k dispozícii – od prieskumov supernov až po mapy kozmického mikrovlnného pozadia. Získali sme najostrejšie obmedzenia doteraz. Nadchýna ma, že tieto merania predstavujú kolektívne poznanie celého nášho odboru. Spoločne možno poukazujú na niečo nové.“

Budúce projekty, ako napríklad Legacy Survey of Space and Time observatória Vera Rubin, prinesú ešte presnejšie dáta. Vedci očakávajú, že do desiatich rokov budú definitívne vedieť, či sa temná energia skutočne vyvíja.

Možno stále vládne Einsteinova storočná kozmologická konštanta. Tak či onak, odpoveď zmení naše chápanie vesmíru. Môže odhaliť novú fyziku, ktorá presahuje všetko, čo sme doteraz objavili.

Temná energia zostáva jednou z najväčších záhad modernej vedy. Jej povaha určí osud celého vesmíru. Nové dôkazy naznačujú, že táto záhada možno nie je taká jednoduchá, ako sme si mysleli. Vesmír nás stále dokáže prekvapiť.

Čítaj viac z kategórie: Zaujímavosti