Tamna energija možda se mijenja kroz povijest svemira

Standardni kozmološki model dugo je bio temelj našeg razumijevanja svemira, ali posljednja opažanja sve ozbiljnije dovode u pitanje neke od njegovih ključnih pretpostavki. Nova analiza kineskih kozmologa sugerira da tamna energija možda nije stalna, nego da su se njezina svojstva mijenjala tijekom povijesti svemira. Autori pritom smatraju da bi isti trag mogao biti povezan i s Hubbleovom napetošću, jednim od najtvrdokornijih problema suvremene kozmologije.

U radu objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal, Yun Chen i suradnici iz Kineske akademije znanosti predstavili su matematički okvir koji prvi put sustavno ispituje ta dva problema zajedno. Umjesto da se pitanje tamne energije i neslaganja u mjerenjima širenja svemira promatra odvojeno, njihova analiza polazi od mogućnosti da su ta dva izazova međusobno povezana i da ih zato treba testirati unutar istog kozmološkog pristupa.

Model pod sve jačim pritiskom

Dosadašnja slika svemira uvelike počiva na modelu ΛCDM. U njegovoj osnovi nalaze se kozmološka konstanta, koja se povezuje s tamnom energijom i ubrzanim širenjem svemira, hladna tamna tvar, za koju se procjenjuje da čini oko 85 posto sveukupne tvari u svemiru unatoč tomu što nikada nije izravno opažena, te obična tvar koju astronomi mogu pratiti opažanjima.

Taj je model desetljećima uspješno prolazio provjere, no u posljednje vrijeme suočava se s novim pritiscima. Analize opažanja instrumenta Dark Energy Spectroscopic Instrument, odnosno DESI-ja, dovele su u pitanje njegove temeljne pretpostavke o prirodi tamne energije. Chen zato upozorava da takvi rezultati zadiru u samu srž okvira ΛCDM i traže ozbiljno, sustavno preispitivanje drugih mogućih objašnjenja.

Uz taj noviji izazov stoji i stariji problem koji kozmologiju muči već dugo. Hubbleov zakon pokazuje jasnu linearnu vezu između udaljenosti galaksije od Mliječne staze i brzine kojom se ta galaksija udaljava od nas. No kada se današnja stopa širenja svemira računa različitim metodama, rezultati se ne podudaraju. Procjene temeljene na kozmičkom mikrovalnom pozadinskom zračenju, odnosno CMB-u, i dalje su u oštrom neskladu s vrijednostima dobivenima metodom ljestvice udaljenosti. Upravo se to trajno neslaganje naziva Hubbleovom napetošću.

Problem pritom ne slabi ni kako opažanja postaju preciznija. Štoviše, razlika među rezultatima ostaje tvrdokorna, što sve više otvara pitanje je li riječ o nedostatku unutar samog standardnog modela ili o nečemu još temeljnijem.

Svemir kroz više prozora

Chen, njegov suautor Tengpeng Xu i doktorand Zhuoming Zhang zato predlažu da se oba problema ispituju unutar jedinstvenog okvira. Njihova polazna ideja je jednostavna, ali važna: različiti načini promatranja širenja svemira najbolje “vide” različita razdoblja njegove povijesti. CMB je, primjerice, osobito prikladan za proučavanje vrlo ranog svemira i velikih crvenih pomaka, dok su supernove tipa Ia i barionske akustične oscilacije prikladnije za istraživanje kasnijeg svemira i nama bližih galaksija.

Umjesto da sve te podatke spoje u jednu objedinjenu cjelinu, autori su svakom pokazatelju ostavili mogućnost da samostalno daje predviđanja upravo za ono kozmičko razdoblje za koje je najosjetljiviji. Prema Chenu, takav pristup ima dvije ključne prednosti. S jedne strane pomaže razmrsiti parametre modela koji se inače teško mogu jasno razdvojiti. S druge strane, i možda važnije, pokazuje koji kozmološki modeli dobivaju potporu iz različitih epoha svemira.

Na temelju tog okvira tim je usporedio predviđanja pet različitih modela tamne energije, među njima i standardni ΛCDM. Analiza je donijela četiri važna zaključka. Prvo, Hubbleova napetost ostaje prisutna u svih pet modela, što sugerira da korijen problema možda leži ili u našem temeljnom razumijevanju fizike ili u sustavnim pogreškama koje još nisu do kraja razriješene. Drugo, nijedan alternativni model nije pokazao statistički uvjerljivu prednost pred ΛCDM-om, bez obzira na kombinaciju korištenih podataka. To znači da su današnja opažanja vrlo precizna, ali još nisu dovoljno snažna da bi jasno razlučila konkurentske opise tamne energije.

Treći nalaz posebno privlači pozornost: analiza pokazuje uvjerljive naznake da su se svojstva tamne energije mijenjala od ranog svemira do danas. Četvrti zaključak još je osjetljiviji jer upućuje na oprezne tragove mogućeg međudjelovanja tamne tvari i tamne energije. Kad bi se takva veza potvrdila, posljedice ne bi bile ograničene samo na kozmološke modele, nego bi zahvatile i naše razumijevanje temeljne fizike.

Autori zato ne tvrde da je ΛCDM srušen, ali jasno poručuju da njegov sadašnji oblik više nije izvan sumnje. Pred kozmologijom se sada otvaraju dva važna smjera: razvoj novih okvira za testiranje tamne energije i usmjerenija potraga za mogućim vezama između tamne tvari i tamne energije. No za ozbiljan pomak trebat će nova generacija opažačkih kampanja koje kombiniraju više neovisnih pokazatelja, sofisticiraniji teorijski modeli i mnogo stroži pristup nesigurnostima u podacima. Tek bi takav spoj, smatraju autori, mogao približiti odgovor na pitanje što doista pokreće ubrzano širenje svemira i zašto se ključna mjerenja o tome još uvijek ne slažu.