Naukowcy opracowali najdokładniejszą mapę kosmosu 3D, jaka kiedykolwiek powstała. Znajduje się na niej ponad 6 mln galaktyk: znacznie więcej niż na poprzednich obrazowaniach przestrzeni kosmicznej. Mapa pokazuje z ogromną dokładnością rozkład materii w kosmosie. Pozwoliło to precyzyjnie policzyć, z jaką prędkością rozszerzał się i rozszerza Wszechświat. 

Szacunki te przyniosły niespodziankę. Potwierdziły, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Jednak wskazują również, że tak nie musiało być zawsze. Dlaczego? Ponieważ działanie ciemnej energii, siły napędzającej rozszerzanie się kosmosu, może zmieniać się w czasie.

Pierwotne zmarszczki Wszechświata

Mapa powstała dzięki Dark Energy Spectroscopic Instrument (Desi). Instrument ten jest częścią Mayall 4-meter Telescope, znajdującego się na górze Kitt Peak w Arizonie. Desi pozwala wykonywać przeglądy astronomiczne odległych galaktyk. Dzięki temu naukowcy tworzą mapy 3D kosmosu. Dokładnie pokazują one rozkład kosmicznej materii – położenie dalekich galaktyk, kwazarów, pustek pomiędzy nimi.

Ten rozkład nie jest przypadkowy. Nosi on ślad pierwotnych „zmarszczek”, które wpłynęły na obecny kształt kosmosu. Na samym początku jego istnienia, kiedy składał się z rozgrzanej, zjonizowanej plazmy, pojawiły się w nim fale analogiczne do fal dźwiękowych. Wywołały on wahania w gęstości materii – tzw. barionowe oscylacje akustyczne. 

Zmarszczki te są rozłożone regularnie i jako takie mogą służyć jako linijki standardowe. Czyli jako punkty odniesienia, pozwalające wyznaczać odległości między różnymi galaktykami na mapie. To zaś umożliwia policzenie, w jakim tempie rozszerzał się i rozszerza kosmos.

Zagadka ciemnej energii

Za rozszerzanie się kosmosu odpowiada nieznana siła nazywana ciemną energią. Naukowcy nie wiedzą jeszcze, czym ona jest dokładnie. Jednak pewne jest, że stanowi ok. 70 proc. kosmosu. Ciemna energia działa inaczej niż scalająca materię (zwykłą i ciemną) grawitacja. Powoduje, że prędkość oddalających się od nas galaktyk rośnie.

Ten wpływ ciemnej energii na kosmos został ujęty w modelu lambda-CDM, standardowym modelu kosmologicznym. Ciemna energia jest w nim stałą. Czyli i 11 mld lat temu, i dzisiaj powinna oddziaływać na Wszechświat dokładnie tak samo. 

Jednak najnowsza mapa kosmosu opracowana z użyciem DESI poddaje to w wątpliwość. – To, co widzimy, zawiera pewne wskazówki, że [ciemna energia – przyp.red.] zmienia się w czasie – mówi „Guardianowi” dr Seshadri Nadathur z University of Portsmouth’s Institute of Cosmology and Gravitation. – To jest dość ekscytujące – dodaje.

Czy Wszechświat czeka wielkie zmiażdżenie?

Dlaczego? Jeśli ciemna energia cały czas działa na kosmos tak samo, jego los jest przesądzony. Wszechświat będzie się ciągle i bez końca rozszerzał. Jeśli jednak wpływ ciemnej energii może słabnąć – a takie właśnie wstępne wnioski wysnuwają badacze – wówczas rysuje się przed nami nowa, rewolucyjna perspektywa.

Jak to nazwał prof. Carlos Frenk z Durham University, współautor badań, kosmos może ostatecznie czekać „wielkie zmiażdżenie” (ang. big crunch). Zdaniem Frenka dotychczasowe teorie opisujące przyszłość Wszechświata trzeba „wyrzucić przez okno”. – Zasadniczo musimy zaczynać od zera. A to oznacza zrewidowanie naszego zrozumienia podstawowej fizyki, naszego zrozumienia samego Wielkiego Wybuchu i naszego zrozumienia długoterminowych prognoz dla Wszechświata – mówi „Guardianowi” Frenk.

Niepewne wnioski

Inni naukowcy studzą emocje. – Nowe dane w połączeniu z istniejącymi pomiarami wydają się zaprzeczać najprostszym możliwym wyjaśnieniom ciemnej energii – powiedział prof. Andrew Pontzen, kosmolog z Uniwersyteckiego Kolegium w Londynie. – Na pierwszy rzut oka jest to ekscytujący krok naprzód. Jednak, jak ostrzega sam zespół, jest jeszcze wiele do zrozumienia w związku z uzyskanymi danymi. Dlatego wczesne wyniki należy traktować bardzo ostrożnie – dodaje Pontzen. 

Także Kyle Dawson, rzeczniczka Desi przyznała, że uzyskane dane były na tyle dziwne, iż astronomowie z konsorcjum Desi miesiącami zastanawiali się, czy uznać je za interesujące, czy nie. Podobnie rezultaty, opublikowane na razie w formie nierecenzowanych preprintów, komentuje prof. Adam Riess, astrofizyk.

W latach 90. Riess odkrył, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej (a w 2011 r. dostał za to Nobla). – Jeśli to prawda, byłaby to pierwsza wskazówka co do natury ciemnej energii, jaką zdobyliśmy w ciągu ćwierćwiecza – powiedział Adam Riess „New Sceintistowi”. – To będzie wielka sprawa. Jeśli się utrzyma – dodał.

Źródła: Phys.org, Guardian, New Scientist, Desi.