Energia neagră, aceasta formă stranie de energie care ar provoca expansiunea accelerată a Universului, este reală, indică rezultate recente obţinute de către telescopul Hubble. Există însă teoria bulei cosmice, care afirmă că nu avem nevoie de energia neagră.
La nivelul întregului Univers, această formă de energie (energia neagră) ar reprezenta mai bine de 70% din totalul de energie şi ar putea determina soarta întregului Univers. Însă, ca de obicei, nu toţi oamenii de ştiinţă sunt de acord cu interpretarea rezultatelor.
Universul în expansiune accelerată şi energia întunecată
În anii ’20 ai secolului trecut, Edwin Hubble a descoperit că Universul se află în expansiune. La sfârşitul secolului trecut, grupul High-z Supernova Search a publicat rezultatele măsurătorilor realizate asupra supernovelor de tip Ia. Analiza acestora a dus la concluzia că expansiunea Universului este din ce în ce mai rapidă, adică accelerată. A luat astfel naştere termenul de „energie neagră”, energie care ar fi la originea acestei expansiuni accelerate şi care ar reprezenta mai bine de 70% din energia din Univers.
La ora actuală, „energia neagră” este unul dintre misterele cele mai profunde în fizică: există cu adevărat? Ce ar putea fi aceasta energie întunecată? Sau care ar fi o explicaţie alternativă?
Energia neagră – o constantă cosmologică sau o chintesenţă
Energia neagră ar putea fi o formă de energie constantă, care există sub forma unei energii fundamentale a spaţiului, numită „constanta cosmologică” şi care a fost introdusă chiar de către Einstein în teoria relativităţii generale. Aceasta ar putea fi un fel de energie a ....vidului, generată de fluctuaţii cuantice (legate de mecanica cuantică).
Alte modele prezintă însă energia neagră ca fiind generată de prezenţa unui „câmp”, numit câmp de chintesenţă. Spre deosebire de constanta cosmologică, chintesenţa poate să varieze în timp şi spaţiu.
Vid incandescent
(viziune artist)
credit: j4m3sb0nd.deviantart.com/art/Incandescent-Void-56597856
Energia neagră ar putea fi o iluzie? Modelul bulei cosmice
Pentru a elimina necesitatea existenţei unei energii negre, oamenii de ştiinţă au elaborat un model alternativ, în care Universul este mai bizar decât pare la prima vedere, însă nu ar fi nevoie de energia neagră pentru a se explica expansiunea accelerată.
Pe scurt, în cadrul acestui model al bulei cosmice, noi ne-am situa într-o zonă enormă, practic într-o bulă, cu un diametru de circa 8 miliarde de ani-lumină, cu foarte puţină materie, înconjurată de o zonă cu o densitate mai mare de materie. Dacă am trăi în centrul acestei bule, atunci expansiunea din bulă ar părea accelerată faţă de restul Universului (adică afară din bulă), pentru ca în bulă, care conţine mai puţină materie, forţa gravitaţională s-ar opune mai puţin expansiunii. Deci faptul că am observa o expansiune accelerată nu ar avea nevoie de niciun fel de energie întunecată.
Simplu şi eficient! Ar rămâne însă misterul legat de faptul că ne-am situa chiar în centrul acestei bule, deci am avea o poziţie privilegiată – mister mai bizar decât chiar prezenţa unei energii negre!
Acest model prezice, printre altele, o valoare pentru „constanta lui Hubble”, H, constantă (care de fapt de-a lungul istoriei Universului s-ar putea să nu fi fost o constantă...) care dă viteza de expansiune a Universului v=Hxd, unde d este distanţa unui anumit obiect faţă de noi, ca având o valoare între 60-65 km/s/mpc. Adică pentru fiecare 1 megaparsec (1 megaparsec reprezintă o distanţă de circa 3.26 milioane de ani-lumină) distanţă în plus faţă de Pământ, obiectele par să se mişte (odată cu expansiunea Universului) cu o viteză care creşte cu circa 60-65 km/s. Astfel, dacă un obiect la 1 mpc se mişcă cu 60 km/s, unul la 10 mpc va avea o viteză de 600 km/s şi aşa mai departe.
Din fericire, valoarea lui H poate fi măsurată. Care este însă valoarea măsurată? Este compatibilă cu valorile prezise de teoria bulei cosmice?
Observaţiile telescopului spaţial Hubble determină H şi ... elimină modelul bulei
Până relativ recent, valoarea experimentală a constantei lui Hubble nu era determinată suficient de precis ca să se tragă concluzii legate de eventualul model alternativ existenţei energiei întunecate, prezentat pe scurt mai sus. Valoarea prezisă de acest model, de circa 60-65 km/s/mpc, era compatibilă cu valoarea experimentală, care însă avea o eroare destul de mare.
Noi măsurători de precizie efectuate de către echipa SHOES (Supernova H0 for the Equation of State), condusă de Adam Riess, cu ajutorul telescopului spaţial Hubble, au dus la determinarea constantei lui Hubble cu o precizie de circa 3%. Valoarea constantei H astfel determinată este de 74 km/s/mpc cu o eroare de 2.4 km/s/mpc.
Această valoare a constantei lui Hubble exclude practic valoarea de 60-65 km/s/mpc şi, implicit, modelul alternativ al bulei cosmice. Pare deci că energia neagră există cu adevărat şi că este cea care „apasă pe accelerator”. Ce anume ar putea să fie această materie neagră rămână încă un mister.....cum am discutat anterior.
Totuşi, unii teoreticieni insistă: o bulă în altă bulă?
Cum se ştie, fizicienii teoreticieni au de multe ori o imaginaţie incredibil de bogată. Tirthabir Biswas, de la Saint Cloud State University din Minnesota şi câţiva colegi au publicat un articol în Journal of Cosmology and Astroparticle Physics în care arată cum valoarea constantei lui Hubble măsurată de echipa lui Riess ar putea fi compatibilă cu un model mai complicat, în care bula de densitate mai mică se găseşte într-o altă bulă (void within a void), iar densitatea materiei ar putea să nu fie constantă, ci să scadă spre centru.
Deci Universul ar putea fi mult mai complicat decât cel pe care ni-l imaginăm. Acest model însă suferă de altfel de probleme – cum de noi ne-am afla chiar în centru?
Mai multe pe acest subiect:
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2011/08/full/
http://www.newscientist.com/article/dn20252-dark-energy-is-not-an-illusion-after-all.html
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro.