Wszechświat nadal przyspiesza — dwóch laureatów Nobla musiało to udowodnić po raz kolejny

Ciemna energia to najdziwniejsza rzecz, której istnienie kiedykolwiek potwierdziliśmy. Wypełnia całą przestrzeń, rozpycha galaktyki coraz szybciej i nikt nie potrafi powiedzieć, czym jest. To, co astronomowie wiedzą z coraz większą pewnością od prawie trzydziestu lat, to że musi ona istnieć – ponieważ wszechświat przyspiesza. Gdy zespół z Yonsei University w Korei Południowej zakwestionował ten wniosek w recenzowanym artykule, naukowcy, którzy jako pierwsi go udowodnili, wrócili do danych.

Opublikowali właśnie swoją odpowiedź w tym samym czasopiśmie, w którym ukazało się oryginalne wyzwanie. Wszechświat wciąż przyspiesza. Nagroda Nobla jest wciąż uzasadniona. Tajemnica jednak pozostaje równie głęboka jak zawsze.

Ciemna energia jest tak kluczowa dla współczesnej kosmologii, że wbudowano ją w standardowy model wszechświata – równania opisujące wszystko od Wielkiego Wybuchu po los każdej galaktyki. Gdyby wszechświat zwalniał, model ten wymagałby fundamentalnej rewizji. Badanie zespołu z Yonsei głosiło właśnie to: wszechświat wszedł już w fazę spowalniającej ekspansji, a ciemna energia słabnie szybciej, niż przewiduje jakikolwiek model. To było nadzwyczajne twierdzenie, i nadzwyczajna była odpowiedź.

Polecana lekturaRoman startuje w sobotę — miliard galaktyk i tajemnica ciemnej energii

Kosmiczny termometr

Instrumentem w centrum tej debaty jest rodzaj eksplozji gwiazdowej zwany supernową typu Ia. Zdarzenia te mają miejsce, gdy biały karzeł w układzie podwójnym ściąga zbyt dużo masy od swojego towarzysza i zapala się w uciekającej detonacji termojądrowej – błysku światła, który na krótko przyćmiewa całą galaktykę. Co niezwykłe, eksplozje te są na tyle spójne pod względem jasności, że służą astronomom jako tzw. standardowa świeca: jeśli znasz rzeczywistą jasność obiektu, jego pozorna słabość mówi ci dokładnie, jak daleko się znajduje.

Trzej fizycy – Adam Riess, Brian Schmidt i Saul Perlmutter – użyli tej metody, aby zmierzyć, jak szybko oddalają się odległe galaktyki. To, co odkryli, wywróciło kosmologię do góry nogami: galaktyki nie tylko się oddalały; oddalały się szybciej niż kiedyś. Ekspansja wszechświata przyspieszała, napędzana przez niewidzialną siłę, którą nazwali ciemną energią. Odkrycie przyniosło wszystkim trzem Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Zespół z Yonsei użył tego samego instrumentu – ponad trzystu supernowych typu Ia – aby dojść do przeciwnego wniosku. Ich analiza dowodziła, że po skorygowaniu „błędu wieku” (idei, że różne populacje gwiazd produkują nieco inne supernowe) sygnatura przyspieszającej ekspansji znika. Gdyby mieli rację, ciemna energia nie byłaby stałą cechą kosmosu, ale słabnącą, już w odwrocie.

Gdzie wyzwanie się załamało

Dr Phil Wiseman z University of Southampton stanął na czele zespołu odpowiadającego na zarzuty, pracując u boku dwóch laureatów Nagrody Nobla. Ich analiza zidentyfikowała dwa konkretne błędy w metodologii zespołu z Yonsei.

Pierwszym było pomylenie wieku. Koreańskie badanie używało wieku galaktyki macierzystej jako przybliżenia wieku poszczególnej supernowej w niej – podstawienie, które nie jest poprawne. Galaktyki zawierają gwiazdy o bardzo różnym wieku, a supernowa, która wybucha dzisiaj, może pochodzić z układu gwiezdnego miliardy lat starszego lub młodszego niż średnia wieku galaktyki. Używanie wieku galaktyki jako substytutu wieku supernowej systematycznie zniekształca analizę.

Drugim błędem było pominięcie korekty masy galaktyki macierzystej – standardowego kroku we współczesnej kosmologii supernowych. Jasność supernowej typu Ia subtelnie zmienia się w zależności od masy galaktyki, w której występuje, i korekta ta jest stosowana rutynowo od lat. Jej brak wprowadził systematyczne obciążenie do pomiarów odległości koreańskiego zespołu – dokładnie tych pomiarów, które leżą u podstaw każdego twierdzenia o historii ekspansji.

„Poprzednie i powszechnie akceptowane pomiary były w rzeczywistości w porządku – oświadczył Wiseman – a nasze obecne rozumienie losu wszechświata pozostaje solidne.”

Profesor Sullivan, współautor, zauważył, że kwestionowanie utartych poglądów pozostaje niezbędne dla postępu nauki – i że to wyzwanie, choć błędne, skłoniło społeczność do zbadania astrofizyki supernowych i metodologii kosmologicznej z odnowioną precyzją. Debata naukowa, która zakończyła się bez zmiany pierwotnej odpowiedzi, wciąż przesunęła dziedzinę do przodu.

Czego potwierdzenie nie rozstrzyga

Odpowiedź potwierdza kosmiczne przyspieszenie. Nie wyjaśnia, co je powoduje.

Ciemna energia stanowi około 70% całkowitej energii we wszechświecie, a jednak nie emituje światła, nie wytwarza wykrywalnych cząstek ani żadnego bezpośredniego sygnału poza grawitacyjnym odciskiem, jaki pozostawia na tempie wzrostu wszechświata. Jej istnienie wnioskuje się wyłącznie z tego, co robi – a robi to, że popycha. Każda metoda, która mierzyła kosmiczną ekspansję, od supernowych typu Ia po mikrofalowe promieniowanie tła, oscylacje akustyczne barionów i syreny fal grawitacyjnych, daje ten sam wynik: wszechświat nie tylko się rozszerza, rozszerza się szybciej niż kiedyś.

Czego żadna z tych metod nie rozstrzygnęła, to czy ciemna energia jest stała – kosmologiczna stała, którą Einstein wprowadził, a potem nazwał swoim największym błędem – czy też dynamiczna, ewoluujące pole, które w przyszłości może zachowywać się inaczej niż dziś. To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ od niego zależy los wszechświata. Stała ciemna energia prowadzi do wszechświata, który rozszerza się wiecznie w przyspieszającym tempie, stając się coraz zimniejszy i bardziej pusty przez biliony lat. Ewoluująca ciemna energia wprowadza możliwość znacznie dziwniejszych scenariuszy.

Wczesne wyniki z przeglądu DESI sugerowały możliwą ewolucję ciemnej energii, choć istotność statystyczna nie była wystarczająco wysoka, by była rozstrzygająca. Zespół Wisemana wyraźnie określa granice swojego odkrycia: to, co obalili, to konkretne twierdzenie, że przyspieszenie już ustało. To, czy sama ciemna energia zmienia się w czasie, pozostaje otwartym i aktywnym pytaniem.

Częste pytania o ciemną energię

Czym jest ciemna energia?

Ciemna energia to nazwa nadana czemukolwiek, co powoduje przyspieszenie ekspansji wszechświata. Zachowuje się jak siła odpychająca rozłożona równomiernie w przestrzeni i nie oddziałuje ze zwykłą materią ani światłem – co czyni ją niewidzialną dla wszystkich instrumentów, jakie zbudowaliśmy. Mimo że stanowi około 70% całkowitej energii wszechświata, nigdy nie została bezpośrednio wykryta. Jej istnienie wnioskuje się wyłącznie z tempa ekspansji wszechświata mierzonego za pomocą supernowych, przeglądów galaktyk i mikrofalowego promieniowania tła.

Skąd wiemy, że wszechświat przyspiesza?

Porównując, jak szybko oddalają się odległe supernowe w stosunku do tych bliskich. W zwalniającym wszechświecie bardzo odległe eksplozje wydawałyby się oddalać szybciej, niż wynikałoby z ich jasności. Zamiast tego wydają się słabsze – co oznacza, że są dalej, niż przewidywałoby spowolnienie, co z kolei oznacza, że ekspansja przyspieszyła w czasie. Sygnatura ta została potwierdzona przez wiele niezależnych metod obserwacyjnych, każdą opartą na innej fizyce.

Czy ciemna energia może zmieniać się w czasie?

Być może. Najprostszy model traktuje ciemną energię jako stałą kosmologiczną – stałą, jednorodną i trwałą. Ale wczesne wyniki z przeglądu DESI i niektóre kompilacje supernowych sugerowały możliwe odchylenia. Pytanie jest naprawdę otwarte. Niniejsza odpowiedź potwierdza, że przyspieszenie nie ustało; nie rozstrzyga, czy siła ciemnej energii jest stała.

Czy to rozwiązuje napięcie Hubble’a?

Nie. Napięcie Hubble’a – utrzymująca się rozbieżność między różnymi metodami pomiaru obecnego tempa ekspansji wszechświata – to odrębny i nierozwiązany problem. Niniejsza odpowiedź dotyczy tylko tego, czy wszechświat wciąż przyspiesza, a nie dokładnego tempa, w jakim to robi.

Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, który wystartował na kilka dni przed publikacją tej odpowiedzi, ma dostarczyć największy w historii przegląd supernowych w ciągu swojej pięcioletniej misji. W połączeniu z danymi o słabym soczewkowaniu z Euclida i mapami galaktyk z DESI, obserwacje Romana powinny znacznie zawęzić zakres możliwych modeli ciemnej energii – i albo potwierdzić stałą kosmologiczną, albo wymusić rewizję, której nikt jeszcze nie przewidział.

Źródło: Wiseman et al., „Still accelerating: type Ia supernova cosmology is robust to host galaxy age evolution,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026; 549(3). DOI: 10.1093/mnras/stag797

Tagi: dark energy, Adam Riess, Brian Schmidt, cosmic acceleration, Nobel Prize, Type Ia supernova

Więcej podobnych

DESI nie szukał luk w modelu standardowym. Jego mapy je znalazły.

Czerwone punkty JWST to czarne dziury rosnące 10 razy za szybko

Galaktyka Nieskończoność: Kosmiczna kolizja kształtująca nowe zrozumienie genezy czarnych dziur

JWST odkrył gromadę galaktyk sprzed 10 miliardów lat zbyt gęstą jak na swój wiek

Jowisz rozpędza elektrony niemal do prędkości światła, tak jak supernowe

JWST odkrywa: wczesne galaktyki kryją czterokrotnie więcej masy, niż dotąd mierzono