La începutul anilor 1990, un lucru era sigur în privința expansiunii universului: universul ar putea avea o densitate a energiei suficient de mare pentru ca expansiunea sa să înceteze la un moment dat și pentru ca universul să intre în colaps. Această încetinire încă nu fusese observată la acea vreme, dar, cel puțin în teorie, ea ar trebui să aibă loc cândva.
Universul este plin de materie, iar forța gravitațională atrage această materie laolaltă. În anul 1998, observațiile efectuate de către Telescopul Spațial Hubble asupra supernovelor îndepărtate au arătat că, în trecutul îndepărtat, expansiunea universului era mai lentă decât în prezent. Așadar, expansiunea universului nu a fost încetinită de gravitație, așa cum credea toată lumea, ci ea s-a accelerat. Nimeni nu se așteptase la acest lucru, nimeni nu știa cum să-l explice, dar trebuie să existe o cauză.
Cosmologii au venit cu trei explicații posibile. Poate că este rezultatul unei versiuni abandonate a teoriei gravitației a lui Einstein, o teorie care includea o „constantă cosmologică”. Poate că există un fluid energetic straniu care umple tot spațiul. Poate că este ceva în neregulă cu teoria gravitației a lui Einstein, iar o teorie nouă ar putea include o serie de câmpuri care creează această accelerație cosmică. Teoreticienii încă nu știu care explicație este corectă, dar au atribuit soluției un nume: energia întunecată.
Ce este energia întunecată?
Există mai mult e necunoscute decât cunoscute. Știm câtă energie întunecată există deoarece știm cu aceasta afectează expansiunea universului. În afară de aceasta, totul este un mister.
Se pare că aproximativ 68% din univers este format din energie întunecată, iar materia întunecată reprezintă 27%. Restul, adică materia „normală” observată de noi, reprezintă mai puțin de 5% din univers.
Una dintre explicațiile energiei întunecate este aceea că aceasta reprezintă o proprietate a spațiului. Albert Einstein a fost prima persoană care și-a dat seama că spațiul cosmic nu este gol. Spațiul are caracteristici uimitoare, multe dintre ele fiind puțin înțelese.
Prima trăsătură descoperită de Einstein este aceea că este posibilă formarea a mai mult spațiu. Una dintre versiunile teoriei gravitației a lui Einstein, cea care include constanta cosmologică, face următoare predicție: „spațiul gol” poate conține propria sa energie. Deoarece această energie este proprietatea spațiului însuși, ea nu este diluată pe măsură ce spațiul se extinde. Pe măsură ce se formează mai mult spațiu, apare tot mai multă energie-a-spațiului. Drept rezultat, această formă de energie ar face ca universul să se extindă din ce în ce mai repede. Din nefericire, nimeni nu înțelege de ce constanta cosmologică ar trebui să existe sau de ce are valoarea potrivită pentru a produce expansiunea universului observabil.
O altă explicație pentru modul în care spațiul dobândește energie vine din teoria cuantică a materiei. Conform acestei teorii, „spațiul gol” este particule temporare („virtuale”), care se formează și dispar în mod continuu.
O altă explicație sugerează că energia întunecată este un nou tip de fluid sau câmp energetic dinamic, ceva care umple tot spațiul și al cărui efect asupra expansiunii universului este opus celui al materiei și energiei obișnuite. Unii teoreticieni au numit aceasta „chintesență”, după cel de al cincilea element din filozofia greacă. Însă chiar dacă chintesența este răspunsul, tot nu știm cum este aceasta sau de ce există.
O ultimă posibilitate este aceea că teoria gravitației a lui Einstein nu este corectă. Acest lucru nu ar afecta doar expansiunea universului, ci și modul în care se comportă materia obișnuită din galaxii și roiurile de galaxii. De asemenea, acest fapt ar oferi o cale de a decide dacă soluția la problema energiei întunecate este o nouă teorie a gravitației. Însă dacă se ajunge la concluzia că este nevoie de o nouă teorie a gravitației, ce fel de teorie ar trebui să fie aceasta? Cum ar descrie aceasta în mod corect mișcarea corpurilor din sistemul nostru solar, așa cum o face teoria lui Einstein, dar oferindu-ne, în același timp, o predicție diferită asupra universului?
Pentru a stabili ce este energia întunecată – o proprietate a spațiului, un nou fluid dinamic sau o nouă teorie a gravitației -, este nevoie de mult mai multe date.
Ce este materia întunecată?
Prin includerea unui model teoretic al compoziției universului în setul combinat de observații cosmologice, oamenii de știință au venit compoziția descrisă mai sus: 68% energie întunecată, 27% materie întunecată și 5% materie obișnuită. Așadar, ce este materia întunecată?
Suntem mult mai siguri de ce nu este materia întunecată decât de ceea ce este aceasta. Mai întâi, aceasta este „întunecată”, adică nu există sub formă de stele și planete. Observațiile arată că există mult prea puțină materie vizibilă în univers pentru a umple cele 27 de procente. În al doilea rând, materia întunecată nu este sub forma unor nori întunecați de materie obișnuită, formată din particule denumite barioni. Cunoaștem acest lucru deoarece altfel ar trebui să putem detecta norii barionici după absorbția radiației ce trece prin ei. În al treilea rând, materia întunecată nu este antimaterie, deoarece nu observăm razele gama unice produse atunci când antimateria se anihilează cu materia. În cele din urmă, putem exclude existența găurilor negre de dimensiunea unei galaxii datorită numărului de lentile gravitaționale pe care le vedem. Concentrările mari de materie curbează lumina care trece prin apropierea lor, însă nu observăm suficiente astfel de efecte pentru a acoperi cele 27 de procente atribuite materiei întunecate.
Cu toate acestea, există câteva explicații viabile în privința materiei întunecate. Materia barionică ar putea forma materie întunecată dacă ar fi toată concentrată în pitice cenușii sau în grupuri mici și dense de elemente grele. Însă ipoteza cea mai susținută este aceea că materia întunecată nu este barionică, ci este formată din particule exotice denumite axioni sau WIMPS (weakly interacting massive particles).
Sursa: NASA Science