Znanstvenici već više od stoljeća prikupljaju dokaze da ekspanzija svemira ubrzava. Tamna energija smatra se svojstvom prostor-vremena koje ima učinak suprotan gravitaciji i potiče ubrzano širenje galaksija. Standardni kozmološki model ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter) polazi od pretpostavke da je tamna energija konstantna tijekom cijele povijesti svemira. No, pitanje ostaje: što ako se tamna energija ipak mijenja kroz vrijeme?
Prve ozbiljne naznake da bi ta pretpostavka mogla biti pogrešna dolaze iz opažanja Dark Energy Spectroscopic Instrumenta (DESI), naprednog sustava za spektroskopsko kartiranje udaljenih galaksija. DESI-jevi podaci upućuju na to da tamna energija možda nije statična, nego dinamička komponenta kozmologije.
Ovo otkriće predstavlja odstupanje od standardnog ΛCDM modela. Iako implicira bogatiju i složeniju povijest svemira, istodobno otvara ključno nepoznato područje, na koji način bi takva vremenski promjenjiva tamna energija utjecala na rast i evoluciju velikih kozmičkih struktura.
Najveće simulacije do sada
Na tom je tragu istraživački tim pod vodstvom profesora Tomoakija Ishiyame sa Sveučilišta Chiba u Japanu proveo dosad najopsežnije kozmološke simulacije. Cilj istraživanja bio je analizirati kako bi vremenski promjenjiva tamna energija oblikovala svemir te pružiti teorijsku podlogu za tumačenje novih opažanja.
Za simulacije je upotrijebljen japanski superračunalni sustav Fugaku. Provedene su tri različite, visoko-rezolucijske N-body simulacije, svaka s obujmom osam puta većim od prethodnih studija te vrste. Jedna je modelirala standardni Planck-2018 ΛCDM svemir, dok su druge dvije uključivale komponentu dinamičke tamne energije (DDE).
Usporedbom DDE modela s fiksnim kozmološkim parametrima i standardnog ΛCDM-a istraživači su uspjeli izolirati utjecaj same varijabilne tamne energije. Potom su proveli treću simulaciju temeljenu na najboljim parametrima DDE modela dobivenima iz DESI-jeve prve godine opažanja, što je omogućilo uvid u puni efekt DDE-a u ažuriranom modelu svemira.
Rezultati su pokazali da utjecaj same DDE komponente ostaje relativno skroman. No u modelu dinamičke tamne energije izvedenom iz DESI opažanja, gdje je gustoća materije povećana za 10%, učinci na strukturu svemira postali su znatno izraženiji. Povećana gustoća materije stvara jače gravitacijske sile, što vodi do ranijeg i učinkovitijeg formiranja masivnih skupova galaksija. Prema tim simulacijama, DDE model temeljen na DESI podacima predviđa i do 70% više tih masivnih struktura u ranim epohama svemira.
Kozmički tragovi i validacija modela
“Osim toga, tim je analizirao barionske akustičke oscilacije (BAO), trag primordijalnih zvučnih valova iz ranog svemira koji danas služe kao kozmičko mjerilo udaljenosti. U modelu dinamičke tamne energije temeljenom na DESI opažanjima, položaj BAO vrha pomaknuo se za 3,71% prema manjim skalama. Dobiveni rezultat vrlo se dobro slaže sa stvarnim mjerenjima DESI-ja, čime je model dodatno potvrđen i ojačana njegova prediktivna vrijednost.
Istraživači su dodatno analizirali raspodjelu i grupiranje galaksija u svemiru. Model dinamičke tamne energije temeljen na DESI podacima pokazao je jasne i mjerljive razlike u odnosu na standardne modele. Povećana gustoća materije u tom scenariju rezultirala je izraženijim zbijanjem struktura, osobito na manjim skalama. Usporedba obrazaca raspodjele galaksija potvrdila je da se predviđanja DDE modela dobro podudaraju s opažanjima DESI-ja.
U zaključku rada, dr. Ishiyama ističe: “Naše velike simulacije pokazuju da varijacije u kozmološkim parametrima, a posebno gustoća materije, imaju veći utjecaj na formiranje struktura od same komponente dinamičke tamne energije.”
Kako se očekuje da će nadolazeći projekti donijeti još preciznije mjere, ova će istraživanja biti ključna za razumijevanje evolucije svemira. “U skoroj budućnosti opsežna promatranja pomoću Subaru Prime Focus Spectrographa i DESI-ja značajno će unaprijediti procjene kozmoloških parametara. Ova studija daje teorijski okvir za tumačenje tih podataka”, zaključuje dr. Ishiyama.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
