Ένα σύμπαν σαν το 'ελβετικό τυρί' είναι μια πρόκληση για τη σκοτεινή ενέργεια

Πηγή: NewScientist, 31 Αυγούστου 2007

Η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να μην χρειάζεται για να εξηγηθεί γιατί εμφανίζεται η επιτάχυνση της διαστολής του διαστήματος. Εάν το σύμπαν μας είναι σαν το ελβετικό τυρί σε μεγάλες κλίμακες - με πυκνές περιοχές ύλης και οπές με ελάχιστη ή καμιά ύλη - θα μπορούσε εν μέρει τουλάχιστον να μιμηθεί τα αποτελέσματα της σκοτεινής ενέργειας. Αυτό προτείνει ένα αμφισβητούμενο νέο μοντέλο του Κόσμου.

Το 1998, οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι οι απόμακρες σουπερνόβες ήταν πιο αμυδρές, και έτσι πιο μακριά, από όσο περίμεναν. Αυτή η παρατήρηση έδειχνε ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχυνόταν ως αποτέλεσμα μιας μυστήριας οντότητας, που ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια, και που αργότερα βρέθηκε ότι αποτελεί το 73% του Κόσμου.

Αλλά οι προσπάθειες να βρεθεί η φύση της σκοτεινής ενέργειας έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά δύσκολες. Οι θεωρίες της σωματιδιακής φυσικής προτείνουν ότι το διάστημα έχει μια έμφυτη ενέργεια, αλλά αυτή η ενέργεια είναι περίπου 10¹²⁰ φορές μεγαλύτερη από όσο παρατηρείται στην πραγματικότητα.

Έτσι έχουν αναγκαστεί μερικοί κοσμολόγοι να ψάξουν για εναλλακτικές εξηγήσεις. "Δεν έχω τίποτα ενάντια στη σκοτεινή ενέργεια, αλλά οφείλουμε να καταβάλουμε όλες τις δυνατές προσπάθειες για να δούμε εάν μπορούμε να αποφύγουμε αυτό το εξωτικό συστατικό στον Κόσμο", τονίζει ο Sabino Matarrese του πανεπιστημίου της Πάδοβας στην Ιταλία.

Έτσι αυτός και οι συνάδελφοι του, συμπεριλαμβανομένου και του Edward Kolb του Εθνικού Εργαστηρίου Επιταχυντών Fermi στην Μπαταβία του Ιλλινόις, αποφάσισαν να κάνουν ένα μοντέλο του Κόσμου με μεγάλης κλίμακας παραλλαγές στην πυκνότητα του.

Το τελευταίο έρχεται σε αντίθεση με το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας, που υποθέτει ότι το σύμπαν είναι ομοιογενής στις μεγάλες κλίμακες. Στο ομοιογενές μοντέλο, γνωστό ως Friedmann - Robertson - Walker (FRW), η επίδραση της σκοτεινής ενέργειας έχει σαν αποτέλεσμα να στρετσαριστεί (τεντωθεί) το διάστημα, αυξάνοντας κατά συνέπεια το μήκος κύματος των φωτονίων που μας έρχεται από τις σουπερνόβες.

Η δοκιμασία της υπόθεσης

Μια παρόμοια όμως επίδραση φάνηκε όταν οι κοσμολόγοι πρόσθεσαν σφαιρικές τρύπες μεγάλης κλίμακας  στο σύμπαν FRW. Και επέτρεψαν στην πυκνότητα της ύλης μέσα σε κάθε τρύπα να μεταβάλλεται ανάλογα με την ακτίνα και διαπίστωσαν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, τα φωτόνια που ταξιδεύουν μέσα σε κενές περιοχές χαμηλής πυκνότητας αυξανόταν το μήκος κύματός τους, ότι ακριβώς επιτυγχάνει και η παρουσία της σκοτεινής ενέργειας.

Η έκταση του φαινομένου εξαρτάται τόσο από την ακριβή θέση των σουπερνοβών όσο και από πόσες περιοχές χαμηλής πυκνότητας πρέπει να διασχίσουν τα φωτόνια προτού φθάσουν στη Γη. Ο Matarrese προειδοποιεί ότι οι αποκλίσεις δεν είναι αρκετές για να εξηγήσουν όλη την παρατηρηθείσα σκοτεινή ενέργεια. Λέει ότι το μοντέλο τους είναι ακόμα πολύ προκαταρκτικό: "Είμαστε πολύ μακριά από το να πάρουμε την πλήρη λύση."

Ο κοσμολόγος Sean Carroll στο Caltech στην Πασαντένα, λέει ότι το μοντέλο του Κόσμου σαν το ελβετικό τυρί είναι ενδιαφέρον και χρήσιμο ως μια δοκιμασία των περισσότερων επικρατουσών θεωριών. "Η συντριπτική πλειοψηφία των κοσμολόγων σκέφτεται ότι η απολύτως λεία προσέγγιση του σύμπαντος είναι πολύ καλή", αναφέρει ο Carroll. "Αλλά εάν θέλετε να είσαστε βέβαιοι ότι είστε στο σωστό δρόμο με το καθιερωμένο μοντέλο, πρέπει να το εξετάσετε καλύτερα."

Διάλογος για τη θεωρία

Ο αστροφυσικός Niayesh Afshordi του πανεπιστημίου του Χάρβαρντ στο Καίμπριτζ, είναι λιγότερο εντυπωσιασμένος. Οι αστρονομικές παρατηρήσεις προτείνουν ότι η πυκνότητα της ύλης στον Κόσμο είναι σχετικά ομαλή - και όχι όπως το ελβετικό τυρί - σε κλίμακες περίπου 100 εκατομμυρίων ετών φωτός ή και μεγαλύτερες, λέει. Η νέα έρευνα, εντούτοις, προτείνει ότι το διάστημα είναι γεμάτο οπές στις κλίμακες 500 εκατομμυρίων ετών φωτός.

"Το μοντέλο είναι πολύ ανομοιογενές στις κλίμακες που παρατηρούμε ότι είναι ομοιογενές", λέει ο Afshordi. "Αυτό όμως που μπορούμε να μάθουμε από το μοντέλο αυτό δεν ισχύει πραγματικά γι αυτόν τον Κόσμο, επειδή οι ιδιότητες αυτού του μοντέλου είναι πολύ διαφορετικές από ό,τι βλέπουμε στον Κόσμο μας."

Εντούτοις, το μέλος της ομάδας Antonio Riotto του πανεπιστημίου της Γενεύης στην Ελβετία υποστηρίζει ότι το μοντέλο του Κόσμου σαν το ελβετικό τυρί, είναι ρεαλιστικό υπό την έννοια "ότι το σύμπαν χαρακτηρίζεται από περιοχές χαμηλής πυκνότητας".

"Ξέρουμε ότι το σύμπαν έχει κενά, μπορείτε όμως να συζητήσετε για το μέγεθός τους", λέει. Στην πραγματικότητα, οι πρόσφατες παρατηρήσεις προτείνουν ότι τα κενά αυτά μπορούν να επεκταθούν σχεδόν σε μια απόσταση ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός. Ο Riotto αναφέρει ότι το μοντέλο τους επιδέχεται λύση ανεξάρτητα από αυτή την ανακάλυψη, αλλά "αυτή η παρατήρηση είναι ευπρόσδεκτη από εμάς".