Ny model for mørk energi omskriver Universets skæbne

Alle observationer viser, at Universet udvider sig med en stadigt stigende hastighed. For at forklare denne accelererende udvidelse anvender astronomer begrebet mørk energi. Noget driver accelerationen i udvidelsen, og det er ikke klart præcis hvad det er. Derfor introduceres mørk energi som en ny komponent i Universet for at få Universets dynamik til at hænge sammen.

Selve konceptet undersøges naturligvis intensivt, da mørk energis natur er et af de største videnskabelige mysterier i dag. Her er det vigtigt at skelne mellem selve Universets udvidelse, som er en naturlig konsekvens af Big Bang – og på den anden side accelerationen af udvidelsen – som kræver en ekstra energikomponent, der menes at være indbygget i selve rummet – mørk energi.

Vores resultat er stadig ikke endegyldigt, men efterhånden som flere eksperimenter, med helt forskellige data og metoder, finder resultater, der peger i samme retning, vokser interessen og begejstringen i det videnskabelige samfund.

Mørk energi adskiller sig fra de øvrige elementer i puslespillet

Det vi ved om mørk energi er, at den er jævnt fordelt i rummet, og at dens tæthed forbliver nogenlunde konstant over tid. Det er meget forskelligt fra andre komponenter i Universet, såsom stof – planeter, stjerner, gas, galakser osv. – hvis tilstedeværelse i rummet bliver kraftigt “fortyndet”, efterhånden som Universet udvider sig. Man kan sige, at der opbygges et enormt vakuum i rummet, efterhånden som afstandene mellem alting vokser.

I den kosmologiske standardmodel, som har været den gængse model i feltet i mange årtier og er testet mod en lang række observationer, antages mørk energis tæthed at være fuldstændig konstant – kendt som den kosmologiske konstant.

Hvis mørk energis tæthed er helt konstant, må den være knyttet til energitætheden i selve rummet, muligvis til vakuumenergi, sådan at når universet udvider sig og der skabes mere rum, forbliver densiteten konstant. Judit Prat Martí forklarer:

“Selv i et perfekt vakuum har rummet en minimumsenergi. Usikkerhedsprincippet, et af fysikkens mest grundlæggende love, forbyder perfekt tomhed, og derfor bevarer tomt rum en uundgåelig minimumsenergi. Denne energi er den samme overalt, konstant og ensartet i hele Universet, selv mens det udvider sig, og det kunne være det, vi observerer som mørk energi, der driver Universets accelererende udvidelse.”

Vakuumenergi – den kosmologiske konstant – er måske ikke så konstant alligevel

“Men,” forklarer Judit, “fra et teoretisk synspunkt kan vi slet ikke forklare værdien af den vakuumenergi, vi måler gennem observationer. Den stemmer overhovedet ikke overens med de teoretiske forudsigelser fra kvantefeltteori. Derfor overvejer forskere alternative modeller, hvor mørk energis tæthed får lov til at udvikle sig en smule over tid.” – og når denne model sammenlignes med nyere observationer fra Dark Energy Survey, ser det ud til, at modellen med mørk energi som udvikler sig, passer bedre til observationerne.

Hvis det viser sig, at mørk energi faktisk udvikler sig og altså ikke er en kosmologisk konstant, vil konsekvenserne være vidtrækkende. Et sådant fund vil udelukke, at mørk energi blot er knyttet til energien i tomt rum, og i stedet pege på, at mørk energi er en ny form for dynamisk felt, der fylder kosmos og ændrer styrke, efterhånden som Universet ældes. Det vil ændre vores forståelse af partikelfysik, muligvis også af selve tyngdekraften, og det vil markere et af de mest betydningsfulde skift i kosmologien i årtier.

“Vores resultat er stadig ikke endegyldigt, men efterhånden som flere eksperimenter, med helt forskellige data og metoder, finder resultater, der peger i samme retning, vokser interessen og begejstringen i det videnskabelige samfund,” forklarer Judit.

Mørk energis tæthed over kosmisk tid

Konsekvenser for Universets skæbne?

Vores forståelse af Universets skæbne afhænger af mørk energi, så det er afgørende at bestemme dens udvikling over tid:

1. Hvis mørk energi forbliver konstant og driver accelerationen af Universet, vil fjerne galakser bevæge sig væk fra os hurtigere og hurtigere, indtil deres lys ikke længere kan nå os. De vil være for langt væk.
2. Hvis mørk energis tæthed begynder at falde, vil vores kosmiske skæbne afhænge af, hvor meget svækkelsen fortsætter. Hvis udvidelsen stadig accelererer, blot langsommere, vil fjerne galakser stadig forsvinde ud af syne på meget lange tidsskalaer. Men hvis mørk energi svækkes nok til helt at stoppe accelerationen, vil vi fortsat kunne se dem og gradvist opfange mere af kosmos frem for mindre.
3. Hvis mørk energis tæthed stiger, vil universets udvidelse til sidst blive så hurtig, at selve rummets struktur “rives i stykker”.

Hvad sker der nu?

Judit forklarer, at denne nyhed stadig er i sin spæde fase, og meget er stadig uklart – men sådan fungerer videnskab. Man opstiller en hypotese baseret på de bedste antagelser fra observationer og modeller og tester den mod andre resultater i feltet. Disse nye observationer kommer fra Dark Energy Survey – et samarbejde, der netop er oprettet for at undersøge dette problem. Derfor vokser interessen i det videnskabelige miljø, og det er sandsynligt, at flere artikler vil blive offentliggjort i de kommende år. Det er altså en åben historie med fortsættelser – præcis som det meste videnskab er.

Link til den videnskabelige artikel: https://arxiv.org/abs/2605.27221