Είχε ο Αϊνστάιν δίκιο 100%;

Πηγή: NewScientist, Δεκέμβριος 2005

Τα ισχυρότερα τηλεσκόπια του κόσμου είναι στραμμένα προς τους απόμακρους υπερκαινοφανείς (σουπερνόβες) μέσα στον ωκεανό της σκοτεινής ενέργειας, την μυστήρια ουσία που θεωρείται ότι απομακρύνει μεταξύ τους τα αντικείμενα του σύμπαντος. Και τα αποτελέσματα μέχρι τώρα των ερευνών προτείνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια μοιάζει με τη "κοσμολογική σταθερά Λ", που πρότεινε ο Αϊνστάιν πριν ακόμη ήξερε κανείς ότι το σύμπαν επεκτεινόταν, και έχει υπολογίσει ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι μέσα στο 10% της πρόβλεψης του Αϊνστάιν.

Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν αρχικά τη σκοτεινή ενέργεια κατά τη δεκαετία του 1990, μελετώντας τις σουπερνόβες τύπου Ia - άστρα που ενεργούν ως χρήσιμοι δείκτες για τον χρόνο και την απόσταση στο σύμπαν. Είναι γνωστό ότι αυτές οι σουπερνόβες λάμπουν πάντα με την ίδια σχεδόν μέγιστη φωτεινότητα, έτσι αν μετρήσουμε τη λαμπρότητα τους από τη γη, μπορούμε να βρούμε πόσο μακριά ήταν και πόσος χρόνος έχει περάσει από τότε που  εξερράγη το άστρο.

Επειδή το φως της σουπερνόβας έχει ταξιδέψει μέσω ενός διαστελλόμενου σύμπαντος, το μήκος κύματός του έχει αλλάξει και έχει μετατοπιστεί προς το ερυθρό άκρο του φάσματος - έτσι όσο μεγαλύτερη είναι η ερυθρή μετατόπιση, τόσο περισσότερο είναι και η διαστολή από την εποχή της έκρηξης της σουπερνόβας. Αν συνδυάσουμε τις ηλικίες των διαφορετικών υπερκαινοφανών και τις ερυθρές μετατοπίσεις τους, θα ξέρουμε τότε τη μεταβολή του ρυθμού επέκτασης του σύμπαντος κατά τη διάρκεια του χρόνου.

Από τις παρατηρήσεις δεκάδων υπερκαινοφανών τύπου Ιa οι αστρονόμοι συμπέραναν το 1998 ότι η επέκταση του σύμπαντος επιταχύνεται και έδωσαν στην άγνωστη αιτία ένα όνομα: σκοτεινή ενέργεια. Τι είναι αυτή και πώς δουλεύει είναι ένα πλήρες μυστήριο, αλλά υπάρχουν μερικές αντίπαλες θεωρίες γι αυτήν.

Για να τις δοκιμάσουν η ομάδα του προγράμματος Supernova Legacy Survey (SNLS) στοχεύει να μελετήσει εκατοντάδες σουπερνόβες τύπου Ιa και να τους χρησιμοποιήσει για την όσο το δυνατόν ακριβέστερη αναπαράσταση της ιστορίας της διαστολής του σύμπαντος. Η διεθνής ομάδα χρησιμοποιεί το τηλεσκόπιο του Καναδά-Γαλλίας-Χαβάης των 3,6 μέτρων (CFHT), στο όρος της Χαβάης Mauna Kea σε ύψος 4.200 μέτρων, για να ελέγξει μεγάλα τμήματα του ουρανού για ένα χρονικό διάστημα. Η έρευνα έχει δει ήδη περίπου 200 σουπερνόβες, λέει ο Isobel Hook μέλος της ομάδας του πανεπιστημίου της Οξφόρδης.

Μόλις στοχεύσουν μια σουπερνόβα και μετρήσουν τη φωτεινότητά της, ένα ακόμα μεγαλύτερο τηλεσκόπιο καταγράφει την ερυθρή μετατόπιση της εξασθενημένης σουπερνόβας. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί τα περισσότερα από τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου - τα τέσσερα όργανα του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου στη Χιλή των 8,2 μέτρων, τα δύο Δίδυμα τηλεσκόπια των 8,1 μέτρων που βρίσκονται στη Χαβάη και τη Χιλή, και τα δύο τηλεσκόπια Keck των 10 μέτρων στη Χαβάη.

Το προκαταρκτικό συμπέρασμα της ομάδας, που βασίζεται σε μια ανάλυση 70 υπερκαινοφανών, ταιριάζει με την πιο συντηρητική θεωρία της σκοτεινής ενέργειας: ότι ο ίδιος ο χώρος έχει κάποια έμφυτη ενέργεια. Ο Αϊνστάιν έδειξε ότι εάν ο κενός χώρος έχει μια σταθερή ενέργεια - αυτή που ονόμασε κοσμολογική σταθερά Λ - θα παρήγαγε μια δύναμη αντίρροπη της βαρύτητας.

Τα πιο πρόσφατα συμπεράσματα του SNLS δείχνουν λοιπόν ότι ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος αλλάζει με το χρόνο, ακριβώς με τον τρόπο που αναμένουμε εάν υπάρχει μια κοσμολογική σταθερά. Ακριβέστερα, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η απωστική δύναμη της σκοτεινής ενέργειας δεν έχει αλλάξει περισσότερα από - περίπου - 20% τα τελευταία 8 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το σύμπαν είχε το μισό από το σημερινό του μέγεθος.

Αυτή η ανακάλυψη φαίνεται να αποκλείει μερικές εναλλακτικές θεωρίες. Παραδείγματος χάριν, μια ιδέα είναι ότι η απωστική δύναμη προέρχεται από τις 'θραύσεις' στον ιστό του χωρόχρονου που σχηματίστηκε όταν το σύμπαν ψύχθηκε δραματικά μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Μια άλλη θεωρία που προκύπτει από μια θεωρία υπερβαρύτητας, και η οποία είναι μια προσπάθεια να περιγραφεί η βαρύτητα ως μια κβαντική δύναμη που φέρεται από σωματίδια γνωστά σαν γκραβιτόνια και γκραβιτίνα. Και σύμφωνα με τις δύο αυτές τις θεωρίες, η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας πρέπει να έχει εξασθενίσει γρηγορότερα με το χρόνο από ό,τι δείχνουν οι νέες παρατηρήσεις.

Αλλά δεν είναι όλοι πεπεισμένοι ότι τα συμπεράσματα του SNLS περιορίζουν τη φύση της σκοτεινής ενέργειας καλύτερα από ότι κάνουν άλλα προγράμματα μέχρι τώρα. "Ο ρυθμός της ανακάλυψής τους είναι γρηγορότερος από οποιοδήποτε άλλο πρόγραμμα", λέει ο κοσμολόγος Adam Riess του Διαστημικού Ιδρύματος Επιστήμης Τηλεσκοπίων στη Βαλτιμόρη. "Αλλά θα μπορούσα να σας δείξω έξι επιστημονικές δημοσιεύσεις που έχουν τον ίδιο περιορισμό."

Εντούτοις, οι μελέτες που αυτός αναφέρεται έχουν όλες στηριχθεί στο συνδυασμό αρκετών διαφορετικών συνόλων στοιχείων. Τα στοιχεία του SNLS είναι ομοιόμορφα. "Αυτό μας προσφέρει εμπιστοσύνη στο αποτέλεσμα", λέει το μέλος της ομάδας SNLS Saul Perlmutter του εργαστηρίου Lawrence Μπέρκλευ στην Καλιφόρνια.