Pimeä energia on arvoituksellinen ilmiö, joka toimii painovoiman vastakohtana ja kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista. Vaikka pimeä energia muodostaa jopa kolme neljäsosaa kosmoksen massaenergiasta, sen perimmäinen luonne on jäänyt fysiikan tutkijoiden hämärän peittoon vuosikymmenien ajan. Pimeällä energialla ei ole mitään todellisia yhteyksiä pimeään aineeseen sen lisäksi, että sillä on yhteinen sana pimeä, mikä tarkoittaa vain sitä, että tutkijat eivät oikeastaan tiedä, mitä nämä asiat ovat.
Vuonna 2023 tutkijat kertoivat havainneensa todisteita siitä, että pimeä energia voitaisiin selittää mustien aukkojen sisälle varastoituneella energiatyypillä. Jos havainto pitää paikkansa, se tarkoittaisi, että nykyiset mallimme maailmankaikkeudesta eivät tarvitsisi uusia voimia tai kenttiä, jotka ylittäisivät Einsteinin käsityksen painovoimasta, jotta pimeä energia voitaisiin selittää. Seurantahavaintojen olisi kuitenkin vahvistettava havainnot, ennen kuin fyysikot voivat laajalti hyväksyä ne pimeän energian selitykseksi.
Kuka löysi pimeän energian?
Hubble Space Telescope -avaruusteleskoopin verkkosivujen mukaan maailmankaikkeuden laajenemisen havaitseminen juontaa juurensa yhdysvaltalaiseen tähtitieteilijään Edwin Hubbleen, joka vuonna 1929 huomasi, että mitä kauempana galaksi on Maasta, sitä nopeammin se etääntyy meistä. Tämä ei tarkoita sitä, että planeettamme olisi maailmankaikkeuden keskus, vaan pikemminkin sitä, että kaikki avaruudessa liikkuu poispäin kaikesta muusta tasaisella nopeudella.
Lähes 60 vuotta Hubblen paljastuksen jälkeen tutkijat tekivät toisen hätkähdyttävän löydön. Tutkijat olivat jo pitkään yrittäneet mitata tarkasti kosmisia etäisyyksiä tarkastelemalla kaukana olevien tähtien valoa. Tutkittuaan kaukaisia supernovia 1990-luvun lopulla kaksi toisistaan riippumatonta ryhmää havaitsi, että tähtien räjähdysten valo on odotettua himmeämpää. Tämä viittaa siihen, että maailmankaikkeus ei vain laajene vaan myös kiihtyy laajentumisessaan;
Tämä löytö on siitä lähtien antanut fyysikoille aihetta raapia päätään, ja sen löytäjät saivat Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 2011.
Mitä pimeä energia tekee?
Vaikka tutkijat eivät täysin ymmärrä pimeää energiaa, he ovat käyttäneet ilmiön tuntemustaan rakentaakseen maailmankaikkeuden malleja, jotka selittävät kaiken alkuräjähdyksestä nykypäivän galaksien laajamittaiseen rakenteeseen. Jotkut näistä malleista ennustavat, että pimeä energia repii hajalle kaiken olemassa olevan miljardien vuosien kuluttua.
Pimeää energiaa koskevien johtavien selitysten mukaan se on eräänlaista avaruusajan rakenteeseen sisältyvää varastoitunutta energiaa. "Tämä yksinkertainen malli toimii käytännössä erittäin hyvin, ja se on suoraviivainen lisä kosmologiseen malliin ilman, että painovoiman lakia tarvitsee muuttaa", kertoi brittiläisen Durhamin yliopiston matemaattinen fyysikko Baojiu Li aiemmin Live Science -lehdelle. Ideaan liittyy kuitenkin yksi suuri ongelma: Fyysikot ennustavat, että tyhjiön energian arvon pitäisi olla 120 kertaluokkaa suurempi kuin mitä kosmologit havaitsevat mittauksissa, Li sanoi.
Helmikuussa 2023 tutkijat osoittivat muinaisista ja lepotilassa olevista mustista aukoista tehtyjen mittausten avulla, että nämä kosmiset jättiläiset kasvavat ennustettua nopeammin. Löydökset viittaavat siihen, että mustat aukot sisältävät avaruusajan rakenteeseen sisältyvää tyhjiöenergiaa, joka voi selittää maailmankaikkeuden laajenemisen Einsteinin suhteellisuusteorian puitteissa. Jos havainto pitää paikkansa, pimeän energian selittämiseen ei tarvita uutta fysiikkaa. He julkaisivat havaintonsa kahdessa artikkelissa The Astrophysical Journal- ja The Astrophysical Journal Letters -lehdissä.
Vaihtoehtoisen ajatuksen mukaan pimeä energia on uusi perusvoima, joka liittyy neljään jo tunnettuun perusvoimaan (painovoima, sähkömagnetismi sekä vahva ja heikko ydinvoima). Tämä arvelu ei kuitenkaan selitä, miksi ihmiset eivät huomaa tätä ylimääräistä voimaa jokapäiväisessä elämässämme. Niinpä teoreetikot ovat myös rakentaneet luovia malleja, joiden mukaan tämä salaperäinen voima on jollakin tavalla piilossa.
Pimeän energian mitatusta arvosta käydään tällä hetkellä kiivasta keskustelua fysiikan kilpailevien ryhmittymien välillä. Jotkut tutkijat ovat mitanneet pimeän energian voimakkuutta käyttäen kosmisen mikroaaltotaustan, alkuräjähdyksen himmeän kaiun, avulla ja tuottaneet yhden arvion.
Muut tähtitieteilijät, jotka mittaavat pimeän energian voimakkuutta kaukana sijaitsevien kosmisten kohteiden valon avulla, ovat kuitenkin saaneet toisenlaisen arvon, eikä kukaan ole vielä kyennyt selittämään tätä ristiriitaa. Jotkut asiantuntijat ovat esittäneet, että pimeän energian voima vaihtelee ajan myötä, mutta tämän ajatuksen kannattajat eivät ole vielä saaneet enemmistöä kollegoistaan vakuuttuneeksi tästä selityksestä.
Lisäresursseja:
- Lue lisää pimeästä energiasta Australian Swinburnen yliopistosta.
- Tässä on NASA Sciencen pimeän energian ja pimeän aineen määritelmä.
- Katso "Big Mysteries: Dark Energy" Fermilabilta.
