Tmavá energia predstavuje neviditeľnú silu zodpovednú za zrýchľujúce sa rozpínanie vesmíru. Tmavá energia a tmavá hmota však nie sú to isté.
Umelecká predstava raného vesmíru pred miliardami rokov. Oblohu vtedy rozsvecovali búrlivé zrody nových hviezd a masívne explózie supernov. Zdroj: ESA/A. Schaller (STScI)
Kým tmavá hmota priťahuje veci k sebe a drží galaxie pokope, tmavá energia priestor roztláča. Tvorí takmer 70 percent celého kozmu, no jej skutočná podstata zostáva jednou z najväčších záhad modernej fyziky.
Podľa súčasných vedeckých modelov vesmír vznikol obrovskou explóziou pred 13,8 miliardy rokov. Gravitácia následne expanziu dlho spomaľovala, pretože príťažlivá sila hmoty ťahala všetko k sebe.
Situácia sa však radikálne zmenila 9 miliárd rokov po veľkom tresku. Expanzia kozmu nabrala rýchlosť. Vedci túto nečakanú akceleráciu pripisujú tajuplnej tmavej energii. Dnes táto tajomná sila dominuje celému vesmíru.
Infografika znázorňuje kľúčové míľniky vo vývoji vesmíru. Zobrazuje obdobie od veľkého tresku po súčasné zrýchľujúce sa rozpínanie kozmu. Zdroj: iStock.com/NASA
Ako vedci odhalili zrýchľovanie expanzie
Zistenie o zrýchľovaní prekvapilo vedeckú komunitu už na konci 20. storočia. Pred rokom 1998 fyzici predpokladali postupné spomaľovanie rozpínania. Albert Einstein a jeho teória relativity tento predpoklad podporovali.
Dva nezávislé tímy astronómov však vtedy pozorovali vzdialené supernovy. Tímy viedli Adam Riess, Saul Perlmutter a Brian Schmidt a sledovali explózie hviezd typu 1a. Tieto supernovy vyžarujú presne známe množstvo svetla. Astronómovia si všimli ich nezvyčajne slabý jas. Znamenalo to ich väčšiu vzdialenosť v porovnaní s pôvodnými výpočtami.
Analýza svetelného spektra potvrdila obrovskú rýchlosť ich vzďaľovania. Tento objav priniesol trojici výskumníkov Nobelovu cenu za fyziku. Pozorovania jasne dokázali zrýchľujúcu sa expanziu kozmu a to nás privádza k povahe samotnej hybnej sily.
Štyri teórie o podstate neviditeľnej sily
Skutočná podstata tmavej energie zatiaľ uniká nášmu presnému chápaniu. Odborníci pracujú so štyrmi hlavnými vysvetleniami.
Prvá teória hovorí o energii vákua. Prázdny priestor podľa kvantovej fyziky nikdy nezíva úplnou prázdnotou. Stále v ňom vznikajú a zanikajú virtuálne častice. Proces teoreticky vytvára silu roztláčajúcu priestor. Matematické odhady tejto sily sa však s realitou nezhodujú.
Druhá hypotéza opisuje tmavú energiu ako kvintesenciu. Ide o energetickú tekutinu vypĺňajúcu celý vesmír. Substancia by pôsobila presne opačne ako bežná hmota. Namiesto priťahovania objektov by okolitý priestor aktívne roztláčala.
Tretia možnosť uvažuje o defektoch v tkanive priestoru. Vedci ich označujú za hypotetické kozmické vrásky.
Štvrté vysvetlenie nesúvisí s nijakou novou hmotou či energiou. Možno iba potrebujeme upraviť Einsteinovu teóriu gravitácie. Existujúce zákony možno vo veľkých vesmírnych mierkach neplatia presne. Nech už platí ktorákoľvek teória, rozloženie galaxií a vesmírnych prázdnot musíme dôkladne preskúmať.
Grafické znázornenie zloženia vesmíru. Tmavá energia a tmavá hmota tvoria spoločne absolútnu väčšinu. Bežná viditeľná hmota predstavuje iba päť percent celého kozmu. Zdroj: iStock.com/ESA
Vesmírne prázdnoty a mapovanie kozmu
Skúmanie obrovských vesmírnych prázdnot ponúka kľúč k rozlúšteniu záhady. Galaxie vo vesmíre netvoria náhodný zhluk. Nachádzajú sa na okrajoch obrovských kozmických bublín. Vnútro bublín zíva takmer dokonalou prázdnotou.
Tieto oblasti obsahujú minimum bežnej aj tmavej hmoty. Tmavá energia tam preto absolútne dominuje. Analýza tvaru týchto prázdnot poskytuje dôležité odpovede. Odborníci štatisticky vyhodnotia získané tvary vesmírnych prázdnot.
Výsledný geometrický útvar by mal pripomínať dokonalú guľu. Odchýlky od tohto tvaru ukážu presné zloženie vesmíru v týchto konkrétnych oblastiach. Odborníci tak zistia lokálny pomer bežnej hmoty a tmavej energie.
Pochopenie týchto síl vyžaduje mimoriadne presné meracie prístroje. Tmavá energia totiž priamo nevyžaruje nijaké svetlo. Aj z tohto dôvodu vedci musia budovať novú generáciu obrovských ďalekohľadov.
Prichádza zlatý vek kozmológie
Zlatá éra výskumu vesmíru klope na dvere vďaka novým ďalekohľadom. Európska vesmírna agentúra (ESA) už vyslala do kozmu misiu Euclid. Toto zariadenie vytvorí trojrozmernú mapu obrovskej časti oblohy. Preskúma miliardy galaxií vzdialených až desať miliárd svetelných rokov.
Národný úrad pre letectvo a vesmír (NASA) pripravuje Vesmírny ďalekohľad Nancy Grace Romanovej. Zariadenie vyrazí na obežnú dráhu do mája 2027. Prístroj ponúkne zorné pole stonásobne väčšie ako Hubblov vesmírny ďalekohľad, no súčasne si zachová rovnako ostré rozlíšenie obrazu. Tieto vlastnosti umožnia detegovať obrovské množstvo kozmických prázdnot.
Do tohto pátrania sa v roku 2025 zapojí pozemné Observatórium Very C. Rubinovej v Čile. Výstavbu mohutného komplexu podporuje americká Národná vedecká nadácia. Do hľadania odpovedí sa zapojí misia SPHEREx a pomôže aj mimoriadne výkonný Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba. Kombinované úsilie týchto ďalekohľadov zhromaždí bezprecedentné množstvo nových dát.
Pozrite si
Budúcnosť zrýchľujúceho sa kozmu
Nové technológie definitívne posunú naše chápanie kozmu na vyššiu úroveň. Tmavá energia naďalej predstavuje dominantnú a neviditeľnú zložku vesmíru. Odhaľovanie jej vlastností určí budúci osud celého sveta. Jej povaha totiž ukáže, či extrémne rozpínanie sa nakoniec roztrhá všetky galaxie. Ustavičné zrýchľovanie expanzie tak zásadne ovplyvní konečný vývoj kozmu.
Presné mapovanie vesmírnych štruktúr čoskoro prinesie dlho hľadané odpovede. Vedci konečne odhalia skutočnú podstatu tejto sily a samotného rozpínania.
(KAM)
