Vesmír se nejen rozpíná, ale dělá to stále rychleji. Aby tento jev vysvětlili, musela fyzika přijmout existenci něčeho, co nelze pozorovat přímo, ale co tvoří přibližně 68 procent celého kosmu. Temná energie je tak dnes jednou z největších neznámých moderní vědy.
Když supernovy změnily kosmologii
V roce 1998 dva nezávislé týmy – Supernova Cosmology Project a High-Z Supernova Search Team – zkoumaly světlo vzdálených supernov typu Ia. Tyto hvězdné exploze mají velmi podobnou jasnost, a proto je lze využít jako měřítko vzdálenosti. Analýza ukázala, že světlo supernov je slabší, než by odpovídalo vesmíru, který zpomaluje. Data znamenala jediné: expanze se zrychluje.
Tento objev narušil základní představy o kosmologii. Pokud se vesmír zrychluje, musí existovat neznámá forma energie, která proti gravitaci působí odpudivě. Fyzici ji nazvali temná energie.
Co temná energie je a co není
Termín může vyvolávat dojem, že jde o látku podobnou temné hmotě. Ve skutečnosti jde o zcela odlišný koncept. Temná hmota působí gravitačně a drží galaxie pohromadě. Temná energie naopak působí anti-gravitačně a roztahuje prostor sám o sobě.
Fyzikální interpretace temné energie se dělí do několika hypotéz:
kosmologická konstanta (Λ): Einsteinova představa konstantní energie vakuového prostoru
kvintesence: dynamická forma energie, která se v čase mění
modifikovaná gravitace: možnost, že obecná relativita není úplná a existují další zákonitosti
energie spojená s kvantovým vakuem: vakuum není prázdné, ale plné fluktuací, které mohou generovat tlak
Žádná z hypotéz však zatím nebyla potvrzena. Temná energie je tedy pracovní označení jevu, nikoli pevně identifikovaná entita.
ČTĚTE TAKÉ: Temná hmota má novou mapu: Euclid ukazuje vesmír, který jsme ještě nikdy neviděli
Jak temná energie ovlivňuje budoucnost vesmíru
Vliv temné energie závisí na tom, zda je její intenzita stabilní, nebo proměnná. Kosmologie zvažuje několik možných scénářů:
Pomalé a trvalé zrychlování: vesmír bude řídnout a galaxie se budou od sebe vzdalovat tak výrazně, že za stovky miliard let zmizí mimo dosah našeho pozorování.
Big Rip: pokud by se temná energie v čase zvyšovala, mohla by překonat i gravitační síly uvnitř galaxií a hvězd. Jde o hypotetický scénář, v němž se prostor rozpíná tak intenzivně, že nakonec naruší i strukturu atomů.
Zpomalení zrychlování: je možné, že temná energie v budoucnu oslabí a vesmír se bude rozpínat stabilnějším tempem.
Z aktuálních měření (například projektu DES nebo evropské mise Euclid) vyplývá, že temná energie se zatím projevuje jako stabilní, ale závěry nejsou definitivní.
Jak temnou energii měříme, když ji nevidíme
Temná energie se neprojevuje přímo; její existence je vyvozena z pozorování velkorozměrové struktury vesmíru. Patří mezi ně:
světlo vzdálených supernov
kosmické mikrovlnné pozadí (CMB)
baryonové akustické oscilace (BAO)
rozložení galaxií v prostoru
Každá z metod přináší různé pohledy na expanzi vesmíru. Kombinací dat lze určit, že podíl temné energie je dominantní.
Výzkum dále ztěžuje tzv. Hubbleova tenze – nesoulad mezi různými metodami měření rychlosti expanze. Některé hypotézy naznačují, že právě temná energie může souviset s tímto rozdílem, ale definitivní vysvětlení zatím neexistuje.
ČTĚTE TAKÉ: Vesmírné nitě: vědci poprvé viděli neviditelnou síť, která drží galaxie pohromadě
Co může přinést další výzkum
Mise jako Euclid (ESA) a Nancy Grace Roman Telescope (NASA) mají v příštích letech výrazně zpřesnit měření struktury vesmíru. Cílem je pochopit, zda temná energie skutečně odpovídá Einstenově kosmologické konstantě, nebo zda má proměnlivý charakter.
Pokud by se ukázalo, že temná energie se vyvíjí v čase, znamenalo by to zásadní přehodnocení fyziky – potenciálně i nutnost rozšířit obecnou relativitu.
Temná energie je jedním z největších paradoxů moderní vědy. Ačkoli tvoří většinu vesmíru, její povaha zůstává nejasná. Jediné, co známe s jistotou, jsou její účinky: vesmír se rozpíná stále rychleji. Odpověď na otázku, proč tomu tak je, bude patřit k nejzásadnějším úkolům fyziky 21. století.
Zdroje
Riess, A. G., et al. (1998). "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe." The Astronomical Journal, 116(3), 1009–1038. DOI: https://doi.org/10.1086/300499
Perlmutter, S., et al. (1999). "Measurements of Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae." The Astrophysical Journal, 517(2), 565–586. DOI: https://doi.org/10.1086/307221
Planck Collaboration (2020). "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters." Astronomy & Astrophysics, 641, A6. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833910
Dark Energy Survey Collaboration
ESA Euclid Mission Science Overview