U jednom alternativnom modelu gravitacije efektivna gustoća tamne energije u ranijem je svemiru negativna, a poslije postaje pozitivna. Prijelaz proizlazi iz samih jednadžbi, bez zasebne pretpostavke da se predznak mora promijeniti u određenom trenutku. Takav rezultat nudi moguće teorijsko objašnjenje promjena tamne energije koje još treba provjeriti opservacijama.
Özgür Akarsu s Tehničkog sveučilišta u Istanbulu i suradnici do tog su rezultata došli u radu objavljenom 2025. u časopisu Physical Review D. Istražili su matematička rješenja koja su ranije uglavnom ostajala po strani jer ne zadovoljavaju uobičajenu pretpostavku da gustoća tamne energije uvijek mora biti pozitivna.
Drukčiji opis gravitacije
Einsteinova opća relativnost opisuje gravitaciju zakrivljenošću prostor-vremena. Teleparalelni pristup koristi drukčiji geometrijski opis, u kojem je ključna veličina torzija. Ona opisuje svojstvo matematičke veze kojom se uspoređuju smjerovi na različitim mjestima u prostor-vremenu, a ne fizičko okretanje svemira oko neke osi.
Osnovna teleparalelna teorija daje jednadžbe ekvivalentne onima iz opće relativnosti. U njezinim proširenjima, poznatima kao teorije f(T), matematička ovisnost o torziji mijenja se pa nastaju drukčija gravitacijska rješenja. Autori su ispitali model u kojem ta ovisnost ima eksponencijalni oblik.
U takvom modelu dodatni gravitacijski učinci mogu se matematički opisati kao “efektivna tamna energija”. Njezina negativna gustoća svojstvo je tog opisa, a ne izmjerena gustoća neke novootkrivene tvari. Promjena gravitacijskih jednadžbi omogućuje drukčiju povijest širenja bez uvođenja zasebne nove tvari.
Za istu današnju gustoću tvari proučeni model dopušta dva različita načina na koja se svemir mogao razvijati. Jedno rješenje razmjerno malo odstupa od standardnog kozmološkog modela. U drugome su razlike veće, a gustoća efektivne tamne energije mijenja predznak. U primjerima iz rada prijelaz se događa oko crvenog pomaka 1,5.
Crveni pomak pokazuje koliko se valna duljina svjetlosti produljila zbog širenja svemira na putu do nas. Njime se označavaju i različita razdoblja kozmičke povijesti: što je vrijednost veća, to u pravilu gledamo dalje u prošlost. U ovom radu služi za određivanje vremena teorijskog prijelaza, koji nije izravno zabilježen opservacijama.
Što pokazuju opservacije
Standardni kozmološki model ΛCDM uključuje hladnu tamnu tvar i kozmološku konstantu, kojom opisuje tamnu energiju. Njezina gustoća u tom modelu ostaje stalna dok se svemir širi. Podaci Spektroskopskog instrumenta za tamnu energiju (DESI), zajedno s drugim mjerenjima, upućuju na mogućnost da takav opis nije potpun.
DESI prati raspored galaksija i kvazara kako bi se rekonstruirala povijest širenja. U kombinaciji s kozmičkim mikrovalnim pozadinskim zračenjem i supernovama pojavljuju se naznake da tamna energija možda nije stalna. Snaga tih naznaka ovisi o odabranim skupovima podataka; promjena još nije potvrđeno otkriće.
Ranije analize mogućih promjena tamne energije pokazale su da i mala neslaganja između mjerenja mogu utjecati na zaključak. Sadašnje naznake treba objasniti, ali one još ne pokazuju koji bi alternativni model, ako ijedan, najbolje odgovarao podacima.
Akarsuov tim prvi je put predao rad u listopadu 2024., prije objave rezultata DESI-ja iz ožujka 2025. Iako teorijska rješenja dopuštaju ponašanje slično onome koje se razmatra u analizama tih podataka, cjelovita usporedba modela s novim DESI-jevim rezultatima tek slijedi.
Kozmičke promjene i lokalni testovi
Alternativna teorija gravitacije mora biti u skladu i s preciznim mjerenjima u Sunčevu sustavu. Autori pokazuju da se u gustim okolinama odstupanja njihova modela od opće relativnosti mogu prirodno smanjiti. Gravitacija bi se tako na velikim kozmičkim udaljenostima mogla ponašati drukčije, a u lokalnim testovima ostati vrlo bliska Einsteinovu opisu.
Kada su model dodatno proširili uključivanjem kozmološke konstante, dobili su rješenja usklađena s kozmičkim mikrovalnim pozadinskim zračenjem koja dopuštaju i više lokalno izmjerene vrijednosti današnje brzine širenja. Time pokušavaju ublažiti Hubbleovu napetost, nesklad između različitih procjena te brzine, za koji još nema općeprihvaćenog rješenja.
Prošireni model dopušta i slabljenje ili prestanak ubrzavanja kozmičkog širenja u vrlo nedavnoj prošlosti. U takvom bi scenariju svemir nastavio rasti, ali se njegovo širenje više ne bi ubrzavalo.
Za provjeru modela nije dovoljno rekonstruirati samo povijest širenja. Potrebno je usporediti i rast velikih struktura, gibanja galaksija te slabo gravitacijsko lećenje, pri kojem savijanje svjetlosti malo mijenja izgled udaljenih galaksija. Usklađenost sa svim tim mjerenjima pokazala bi može li proučeno rješenje opisati stvarni svemir.
