Energia întunecată este un termen folosit de oamenii de știință pentru a descrie o energie sau o forță care accelerează expansiunea universului. Dar – deși reprezintă 70% din energia din cosmos – cercetătorii încă nu au idee exact ce este energia întunecată, a declarat Mustapha Ishak-Boushaki, profesor de fizică și astrofizică la Universitatea Texas din Dallas.
Ishak-Boushaki este copreședinte al unui grup de lucru pentru colaborarea Dark Energy Spectroscopic Instrument, cunoscut sub numele de DESI. Instrumentul, care se află acum în al patrulea an de supraveghere a cerului, poate observa lumina a 5 000 de galaxii în același timp. Când proiectul se va încheia anul viitor, va fi măsurat lumina a aproximativ 50 de milioane de galaxii.
Colaborarea, din care fac parte peste 900 de cercetători, a prezentat pe 19 martie cele mai recente date din primii trei ani de observații ale DESI. Printre descoperirile sale se numără măsurarea a aproape 15 milioane de galaxii și quasari, unele dintre cele mai strălucitoare obiecte din univers. Ishak-Boushak a contribuit la conducerea analizei celor mai recente date publicate de DESI, care sugerează că energia întunecată – numită mult timp „constanta cosmologică”, deoarece astronomii credeau că este neschimbătoare – se comportă în moduri neașteptate și ar putea chiar să slăbească în timp.
„Descoperirea energiei întunecate, acum aproape 30 de ani, a fost deja cea mai mare surpriză a vieții mele științifice”, a declarat David Weinberg, profesor de astronomie la Universitatea de Stat din Ohio, care a contribuit la analiza DESI. „Aceste noi măsurători oferă cele mai puternice dovezi de până acum că energia întunecată evoluează, ceea ce ar fi o altă schimbare uluitoare pentru înțelegerea noastră a modului în care funcționează universul.”
Descoperirile aduc astronomii cu încă un pas mai aproape de demascarea naturii misterioase a energiei întunecate, ceea ce ar putea însemna că și modelul standard de funcționare a universului ar putea necesita o actualizare, spun oamenii de știință.
Instrumentul spectroscopic pentru energia întunecată se află pe Telescopul de 4 metri Nicholas U. Mayall al National Science Foundation din cadrul Observatorului Național Kitt Peak din Tucson, Arizona. Cei 5 000 de „ochi” de fibră optică ai instrumentului și capacitățile extinse de supraveghere permit oamenilor de știință să construiască una dintre cele mai mari hărți 3D ale universului și să urmărească modul în care energia întunecată a influențat și modelat cosmosul în ultimii 11 miliarde de ani.
Lumina provenită de la obiecte cerești precum galaxiile are nevoie de timp pentru a ajunge pe Pământ, ceea ce înseamnă că DESI poate vedea efectiv cum a fost cosmosul în diferite momente în timp, de la miliarde de ani în urmă până în prezent.
„DESI nu seamănă cu nicio altă mașină din punct de vedere al capacității sale de a observa simultan obiecte independente”, a declarat John Moustakas, profesor de fizică la Siena College și codirector al publicării datelor.
Cele mai noi descoperiri includ date despre mai mult decât dublul obiectelor cosmice care au fost studiate și prezentate cu mai puțin de un an în urmă. Acele dezvăluiri din 2024 au sugerat pentru prima dată modul în care energia întunecată ar putea evolua.
„Ne ocupăm de a lăsa universul să ne spună cum funcționează și poate că universul ne spune că este mai complicat decât am crezut”, a declarat Andrei Cuceu, cercetător postdoctoral la Lawrence Berkeley National Laboratory din cadrul Departamentului pentru Energie al SUA, care gestionează DESI, și copreședinte al grupului de lucru Lyman-alfa al DESI. „Este interesant și ne dă mai multă încredere să vedem că multe linii diferite de dovezi sunt îndreptate în aceeași direcție.”
DESI poate măsura ceea ce oamenii de știință numesc scara de oscilație acustică a barionilor, sau BAO – în esență, modul în care evenimentele care au avut loc la începutul universului au lăsat în urmă modele în ceea ce privește modul în care materia este distribuită în cosmos. Astronomii privesc la scara BAO, cu separări ale materiei de aproximativ 480 de milioane de ani-lumină, ca la o riglă standard.
„Această scară de separare este ca o riglă gigantică în spațiu pe care o putem folosi pentru a măsura distanțele, iar noi folosim combinația dintre aceste distanțe și deplasările spre roșu (viteza cu care obiectele se îndepărtează de noi) pentru a măsura expansiunea universului”, a declarat Paul Martini, coordonator al analizei și profesor de astronomie la Universitatea de Stat din Ohio.
Măsurarea influenței energiei întunecate de-a lungul istoriei universului arată cât de dominantă a fost această forță.
Cercetătorii au început să observe, atunci când au combinat aceste observații cu alte măsurători ale luminii din univers, cum ar fi stelele care explodează, lumina deformată de gravitație a galaxiilor îndepărtate și lumina rămasă de la începuturile universului, numită fond cosmic de microunde, că datele DESI arată că impactul energiei întunecate ar putea slăbi în timp.
„Dacă acest lucru continuă, atunci în cele din urmă energia întunecată nu va mai fi forța dominantă în univers”, a declarat Ishak-Boushak într-un e-mail. „Prin urmare, expansiunea universului va înceta să mai accelereze și va merge la o rată constantă sau chiar, în unele modele, ar putea, de asemenea, să se oprească și să se prăbușească înapoi. Desigur, aceste viitoruri sunt foarte îndepărtate și va fi nevoie de miliarde și miliarde de ani pentru a se întâmpla. Lucrez la problema accelerării cosmice de 25 de ani, iar perspectiva mea este că, dacă dovezile continuă să crească, și este probabil să o facă, atunci acest lucru va fi uriaș pentru cosmologie și pentru întreaga fizică.”
Nu există încă suficiente dovezi pentru a declara o descoperire revoluționară care să spună definitiv că energia întunecată evoluează și slăbește, dar acest lucru s-ar putea schimba în doar câțiva ani, a spus Ishak-Boushak.
„Prima mea mare întrebare este dacă vom continua să vedem dovezi ale evoluției energiei întunecate pe măsură ce măsurătorile noastre devin din ce în ce mai bune”, a spus Martini. „Dacă vom ajunge în punctul în care dovezile sunt copleșitoare, atunci următoarele mele întrebări vor fi: Cum evoluează energia întunecată? Și care sunt cele mai probabile explicații fizice?”
Noua publicare a datelor ar putea ajuta, de asemenea, astrofizicienii să înțeleagă mai bine cum evoluează galaxiile și găurile negre și natura materiei întunecate. Deși materia întunecată nu a fost detectată niciodată, se crede că aceasta reprezintă 85% din totalul materiei din univers.
Oamenii de știință implicați în colaborare sunt nerăbdători să își îmbunătățească măsurătorile cu ajutorul DESI.
„Indiferent care este natura energiei întunecate, aceasta va modela viitorul universului nostru”, a declarat Michael Levi, directorul DESI și om de știință la Lawrence Berkeley National Laboratory. „Este destul de remarcabil că putem privi cerul cu telescoapele noastre și să încercăm să răspundem la una dintre cele mai mari întrebări pe care omenirea și le-a pus vreodată.”
Un nou experiment numit Spec-S5, sau Stage 5 Spectroscopic Experiment, ar putea măsura de peste 10 ori mai multe galaxii decât DESI pentru a studia atât energia întunecată, cât și materia întunecată, a spus Martini.
„Spec-S5 ar folosi telescoape atât în emisfera nordică, cât și în cea sudică pentru a cartografia galaxiile de pe întregul cer”, a spus Martini. „De asemenea, suntem încântați de modul în care telescopul (Vera) Rubin va studia supernovele și va oferi un set de date nou și uniform pentru a studia istoria expansiunii (universului).”
Alte observatoare spațiale, cum ar fi telescopul spațial Euclid și telescopul spațial Nancy Grace Roman, care urmează să fie lansate în 2027, vor contribui, de asemenea, cu mai multe măsurători-cheie ale materiei și energiei întunecate în anii următori, care ar putea ajuta la completarea lacunelor, a declarat Jason Rhodes, cosmolog observațional la Jet Propulsion Laboratory al NASA din Pasadena, California. Rhodes, care nu este implicat în DESI, este responsabil științific pentru Euclid în SUA și cercetător principal pentru echipa științifică Euclid de energie întunecată a NASA.
Rhodes, care numește rezultatele intrigante, a declarat că datele arată o tensiune ușoară, dar persistentă, între măsurătorile din primele zile ale universului și cele din universul târziu.
„(Aceasta înseamnă) că cel mai simplu model al nostru de energie întunecată nu prea permite ca universul timpuriu pe care îl observăm să evolueze în universul târziu pe care îl observăm”, a spus Rhodes. „Rezultatele DESI (și unele alte rezultate recente) par să indice că este de preferat un model mai complex de energie întunecată. Acest lucru este cu adevărat interesant, deoarece poate însemna că o fizică nouă, necunoscută, guvernează evoluția universului. DESI ne-a oferit rezultate tentante care pot indica faptul că este necesar un nou model de cosmologie.”
