Η κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν προβλέπει την Σκοτεινή Ενέργεια

Πηγή: Πανεπιστήμιο του Τορόντο, 22 Νοεμβρίου 2005

Ερευνητές διαπιστώνουν ότι η μυστήρια σκοτεινή ενέργεια στην οποία οφείλεται η διαστολή του σύμπαντος προβλέπεται με αξιοσημείωτο τρόπο από την κοσμολογική σταθερά λ του Αϊνστάιν κι έτσι τον αθωώσει για ό,τι έκανε. Ο Αϊνστάιν πρόσθεσε αρχικά αυτή τη σταθερά, όταν είδε ότι το κοσμολογικό μοντέλο της Γενικής Σχετικότητας δεν πρόβλεπε ένα σταθερό Σύμπαν αλλά μεταβαλλόμενο, με σκοπό να ισορροπήσει τη βαρύτητα του σύμπαντος. Πίστεψε δηλαδή ότι είχε κάνει λάθος στη θεωρία του και προσπάθησε να τη διορθώσει. Όμως  αργότερα όταν διαπιστώθηκε με ατράνταχτα στοιχεία η απομάκρυνση των γαλαξιών, όπως επίσης όταν είδε και τα αποδεικτικά στοιχεία της Μεγάλης Έκρηξης, την απέβαλλε από τη θεωρία του. Μια διεθνής λοιπόν ομάδα ερευνητών, που συμμετείχε σε πρόγραμμα για την Έρευνα Υπερκαινοφανών (SNLS), έχει υπολογίσει ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι μέσα στο 10% της πρόβλεψης του Αϊνστάιν.

Η νέα έρευνα επιβεβαιώνει τη μεγαλοφυΐα του Αλβέρτου Αϊνστάιν, που πρόσθεσε μια "κοσμολογική σταθερά" στην εξίσωσή του για την διαστολή του σύμπαντος, αλλά που αργότερα την απέσυρε.

Η αινιγματική σκοτεινή ενέργεια που οδηγεί σε μια επιταχυνόμενη διαστολή του Κόσμου συμπεριφέρεται ακριβώς όπως η φημισμένη κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν, σύμφωνα με την έρευνα μιας διεθνούς ομάδας ερευνητών στη Γαλλία και τον Καναδά, που συνεργάστηκαν με μεγάλα παρατηρητήρια στην Οξφόρδη, το Caltech και το Μπέρκλεϋ. Οι παρατηρήσεις τους αποκαλύπτουν ότι η σκοτεινή ενέργεια συμπεριφέρεται όπως η κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν με μια ακρίβεια 10 τοις εκατό.

"Η σημασία της ανακάλυψης είναι τεράστια", ανέφερε ο καθηγητής Ray Carlberg του τμήματος αστρονομίας και αστροφυσικής στο πανεπιστήμιο του Τορόντο. "Η παρατήρησή μας είναι σε διαφωνία με διάφορες θεωρητικές ιδέες για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας, που προβλέπουν ότι πρέπει να αλλάζει καθώς το σύμπαν επεκτείνεται, και απ' όσο μπορούμε να δούμε, δεν ισχύει". Τα αποτελέσματα θα δημοσιευθούν στο Astronomy & Astrophysics.

"Αυτή η έρευνα των υπερκαινοφανών είναι αναμφισβήτητα ο παγκόσμιος ηγέτης στην έρευνα για να καταλάβουμε τη φύση της σκοτεινής ενέργειας", λέει ο Chris Pritchet, καθηγητής της φυσικής και της αστρονομίας στο πανεπιστήμιο Βικτώρια στη Βρετανική Κολούμπια του Καναδά.

Οι ερευνητές έκαναν την ανακάλυψή τους χρησιμοποιώντας μια καινοτόμο κάμερα 340 εκατομμυρίων πίξελ, τη MegaCam, που φτιάχτηκε με μια ευρεία συνεργασία επιστημόνων. "Λόγω του ευρέως οπτικού πεδίου της - μπορούμε να χωρέσουμε τέσσερα φεγγάρια σε μια εικόνα - κι αυτό μας επιτρέπει να μετρήσουμε ταυτόχρονα, και με πολύ ακρίβεια, διάφορους υπερκαινοφανείς, που είναι σπάνια γεγονότα", λέει ο Pierre Astier, ένας από τους επιστήμονες από το Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας (CNRS) στη Γαλλία.

"Οι βελτιωμένες παρατηρήσεις των απόμακρων σουπερνοβών είναι ο πιο άμεσος τρόπος με τον οποίο μπορούμε να μάθουμε περισσότερα για τη μυστήρια σκοτεινή ενέργεια", προσθέτει ο γνωστός καθηγητής της αστρονομίας Richard Ellis, στο Ίδρυμα Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας. "Αυτή η μελέτη αποτελεί ένα πολύ μεγάλο βήμα προς τα εμπρός σε ποσότητα και σε ποιότητα."

Ο ομο-συντάκτης της εργασίας Saul Perlmutter, καθηγητής της φυσικής στο πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ, λέει ότι τα ευρήματα ξεκινούν μια νέα συγκλονιστική γενιά εργασιών στην κοσμολογία χρησιμοποιώντας τις σουπερνόβες. "Το στοιχείο αυτό είναι το ομορφότερο από ό,τι θα μπορούσαμε να είχαμε φανταστεί πριν 10 χρόνια - και οφείλουμε πολλά στους κατασκευαστές των οργάνων, τις ομάδες της ανάλυσης και το μεγάλο επιστημονικό όραμα των Καναδών και Γάλλων επιστημόνων".

Το SNLS (SuperNova Legacy Survey) είναι μια διεθνής συνεργασία - περίπου 40 ερευνητές στη μεγαλύτερη μέχρι τώρα έρευνα - που χρησιμοποιεί εικόνες από το καναδικό-γαλλικό τηλεσκόπιο στη Χαβάη, ένα τηλεσκόπιο των 3,6 μέτρων πάνω στο όρος Mauna Kea, σε ένα νεκρό ηφαίστειο της Χαβάης, με σκοπό την ανακάλυψη μερικών εκατοντάδων υπερκαινοφανών και τη μέτρηση της απόστασης τους. Ξεκίνησαν δε τη μέτρηση των αποστάσεων των υπερκαινοφανών το 2003 και αναμένεται να τελειώσουν το 2008.

Τα σημερινά αποτελέσματα είναι βασισμένα σε στοιχεία που λήφθηκαν σε, περίπου, 20 νύχτες εργασιών. Οι ερευνητές προσδιορίζουν από λίγες δωδεκάδες πίξελ, από τα 340 εκατομμύρια, που συλλαμβάνονται από τη MegaCam για να βρουν τους απόμακρους υπερκαινοφανείς, κατόπιν αποκτούν τα φάσματά τους χρησιμοποιώντας μερικά από τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια στο Γη - το Frederick C. Gillett Gemini North Telescope στο Mauna Kea, το Δίδυμο Νότιο Τηλεσκόπιο πάλι στις Άνδεις της Χιλής, το Ευρωπαϊκό Νότιο Πολύ Μεγάλο Παρατηρητήριο (VLT) στο παρατηρητήριο Paranal που είναι στην Atacama της Χιλής, και τέλος τα τηλεσκόπια Keck στο Mauna Kea.

"Μόνο τα μεγαλύτερα οπτικά τηλεσκόπια του κόσμου - αυτά που έχουν διάμετρο  από 8 έως 10 μέτρα - είναι σε θέση να εξετάσουν λεπτομερώς τις απόμακρες σουπερνόβες με τη βοήθεια του φάσματος", εξηγεί ο Isobel Hook, ένας αστρονόμος στο Τμήμα Αστροφυσικής στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.

Τα μελλοντικά αποτελέσματα αναμένονται να διπλασιάσουν ή ακόμα και να τριπλασιάσουν την ακρίβεια αυτών των συμπερασμάτων και να λύσουν διάφορα υπόλοιπα μυστήρια για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας.

Οι μετρήσεις των αποστάσεων των υπερκαινοφανών στο παρελθόν έφεραν επανάσταση στην Κοσμολογία. Ήταν τέλη της δεκαετίας του 1990, όταν αστρονόμοι βρήκαν ότι η διαστολή του Σύμπαντος είναι επιταχυνόμενη. Η διαστολή του σύμπαντος, που  ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1929 από τον αμερικανό αστρονόμο Edwin Hubble, πίστευαν μέχρι τότε ότι επιβραδυνόταν εξ αιτίας της βαρυτικής έλξης της ύλης. Εννοείται ότι οι αστρονόμοι έμειναν έκπληκτοι από την ανακάλυψη γιατί δεν γνώριζαν πού οφείλεται. Θεωρητικοί δε προσπαθώντας να εξηγήσουν την επιτάχυνση της διαστολής δημιούργησαν πολλά κοσμολογικά μοντέλα. Όλα αυτά τα μοντέλα περιλαμβάνουν τη λεγόμενη “σκοτεινή ενέργεια”, η οποία είναι ένα είδος απωστικής δύναμης αντίθετης της βαρυτικής έλξης.  Φυσικά μέχρι τώρα κανείς δεν ξέρει την ακριβή φύση της σκοτεινής ενέργειας, γίνονται όμως προσπάθειες για την κατανόηση της συμπεριφοράς της.

Πρόσφατα, κοσμολογικές παρατηρήσεις υποστηρίζουν ότι το Σύμπαν αποτελείται από 25% συνηθισμένης ύλης και 75% από την σκοτεινή ενέργεια. Και ενώ η κανονική ύλη αραιώνει με τη διαστολή, η σκοτεινή ενέργεια εμφανίζεται να μένει περίπου σταθερή.