U prošlom članku videli smo kako su astofizičari merenjem sjaja supernovih tipa Ia odredili vrednost Hablove konstante, a potom uz pomoć nje odredili starost univerzuma. Međutim tako dobijena starost u sebi sadrži jednu pretpostavku, da se vrednost hablove konstante nije menjala tokom istorije univerzuma, tj. da se univerzum od njegovog nastanka u velikom prasku, pa sve do danas širio konstantnom brzinom.

Međutim, među astrofizičarima bilo je ustaljeno mišljenje da to nije slučaj. Smatralo se, naime, da univerzum usporava, tj. da se brzina širenja univerzuma smanjuje. Zbog čega su oni imali takvo mišljenje? Evo jedne analogije koja će vam približiti taj njihov stav. Zamislite da ste podigli jedan omanji kamen i iz sve snage ga bacili uvis. Kamen će u početku da se kreće velikom brzinom, međutim kako sekunde prolaze tako će on usled gravitacionog dejstva Zemlje krenuti da usporava, sve dok se jednog trenutka ne zaustavi i krene da pada. Slično je očekivano da se desi i sa univerzumom, dakle, nakon početnog ubrzanog širenja, usled gravitacionog dejstva između galaksija širenje bi trebalo da se usporava. Devedesetih godina su teleskopi konačno dovoljno uznapredovali (tada smo između ostalog dobili i prve svemirske teleskope) i bilu stanju da detektuju ovakve teško uočljive promene, pa su se astronomi dali u potragu za pomenutim usporavanjem širenja univerzuma.

Kako su to odradili? Razvili su teorijske modele koji su opisivali u kojoj meri je univerzum usporio u zavisnosti od količine materije u njemu. Dakle, što je više materije to je gravitaciono međudejstvo te materije veće, pa je usporavanje širenja veće. Što je usporavanje širenja veće to su nam udaljene galaksije bliže, nego što bi one bile kada do usporavanja ne bi došlo. Prema tome, i ovo istraživanje se ponovo zasniva na merenju udaljenosti galaksija, merenjem sjaja supernova tipa Ia (vidi prošli nastavak za više detalja).

Gornji dijagram prikazuje zavisnost brzine udaljavanja dalekih galaksija od njihove udaljenost. Tu imamo tri krive, kriva u sredini je za slučaj da se vrednost Hablove konstante ne menja, tj. za slučaj da je brzina širenja univerzuma konstantna (setite se Hablovog zakona iz serijala o velikom prasku). Gornja kriva prikazuje kako bi ta zavisnost izgledala za slučaj da se Hablova konstanta promenila tako da univerzum usporava. Dok donja kriva prikazuje kako bi ta zavisnost izgledala kada bi se brzina širenja univerzuma povećavala. Što je neka galaksija dalja, to mi nju posmatramo dalje u prošlost (setite se da, zbog konstantne vrednosti brzine svetlosti, galaksiju koja je udaljena 20 miliona svetlosnih godina, mi vidimo kakva je bila pre 20 miliona godina, zbog toga što je svetlosti koju ona emituje potrebno 20 miliona godina da prevali toliku udaljenost i stigne do nas).

Ako univerzum usporava te udaljene galaksije bi trebale da se udaljavaju dosta većom brzinom (zbog toga što kada posmatramo njih mi u stvari posmatramo daleku prošlost, a u dalekoj prošlosti se univerzum, ukoliko usporava, širio većom brzinom nego sada) nego što bi se udaljavale kada bi brzina širenja univerzuma bila konstantna. Pa tako, vidite na dijagramu da je za izvesnu tačku u vremenu (vreme je dato na vodoravnoj osi) brzina udaljavanja galaksija (koja je data na uspravnoj osi) razlikuje za sva tri slučaja, kod univerzuma koji ubrzava je najmanja, dok je kod univerzuma koji usporava ona najveća. Dakle kada se izrade ovi teorijski modeli, pristupi se merenju udaljenosti (merenjem sjaja supernova) i brzini udaljavanja (merenjem crvenog pomaka) velikog broja galaksija i te vrednosti se unesu u dijagram sličan gornjem, i vidi se uz koju se, od ovih krivi, dobijeni rezultati najbolje uklapaju.

Dobijeni rezultati su prikazani na dijagramu ispod. Roze tačkice predstavljaju detektovane supernove, uspravne crtice koje prolaze kroz neke od ovih tačkica (tačnije kroz najudaljenije supernove) predstavljaju veličinu potencijalne greške u merenju. Vidite da dobijeni rezultati tačno idu uz krivu koja opisuje ubrzavanje univerzuma.

Ovaj rezultat je bio potpuno neočekivan. Po svemu sto se do tada znalo o univerzumu, on bi trebao da usporava, a ne ubrzava. Ovaj rezultat je dobijen od strane dva različita, takmičarski nastrojena tima, vođe ova dva tima, prikazani na slici ispod, nagrađene su nobelovom nagradom, a ovi rezultati su potom mnogo puta od tada potvrđeni, ne samo ovom, već i drugim metodama.

Međutim, ostaje pitanje zbog čega se univerzum tako ponaša. Nakon eliminacije ostalih mogućnosti ostala je samo jedna – univerzum pored klasične materije (atoma, fotona, neutrina) sadrži još nešto, nešto do sada nepoznato, nešto novo, i to u mnogo većoj količini od klasične materije. Šta je to nešto? Odgovor je prost, niko ne zna. Otud i naziv za to nešto, tamna energija. Reč „tamna“ u nazivu, znači da se ne zna o čemu je reč, tj. tamnu energiju za sad ne možemo direktno da detektujemo, već samo indirektno posredstvom njenog dejstva na univerzum. Međutim, iako ne znamo šta je to tamna energija, na osnovu njenog dejstva možemo da zaključimo nešto o njoj, pa čak i da damo neke pretpostavke o tome šta ona može da bude.
Šta znamo o tamnoj energiji? Pa za početak znamo da ona ima dejstvo suprotno gravitaciji, tj. da se ponaša kao svojevrsna antigravitacija, i da je ona pogonska sila ubrzanog širenja univerzuma.

Dalje znamo da je ona uniformno rasprostranjena u svemiru, tj. ima je u podjednakim količinama i ovde na Zemlji, i u dubokom međugalaktičkom svemiru. I konačno, njena gustina ne opada sa širenjem univerzuma. Ovo je potpuno različito od nama poznatih vidova materije. Na primer, ako u univerzumu imamo neku konačnu masu koja potiče od klasične materije (atoma/fotona/neutrina) i ako se zapremina univerzuma duplira, gustina univerzuma će se prepoloviti, budući da masa ostaje konstantna (setite se jednog od osnovnih principa fizike da se energija ne može uništiti niti ni iz čega dobiti, a setite se i Ajnštajnove relacije E=mc^2, koja nam kazuje da su masa i energija ekvivalentni. Dakle ako se sa jedne strane energija ne može uništiti, niti ni iz čega stvoriti, dok su sa druge strane masa i energija ekvivalentni to znači da se ni ukupna masa univerzuma ne može promeniti). Sa tamnom energijom to nije slučaj, njena gustina ne opada sa širenjem univerzuma. To nam kazuje dosta toga šta bi ona mogla da bude, pa su teoretičari razvili dve različite teorije o tome šta bi tamna energija mogla da bude.

Prva pretpostavka je vakumska energija, koja predstavlja kvantne fluktuacije koje se odigravaju širom univerzuma, tj. spontano nastajanje virtuelnih čestica za jedan veoma kratak vremenski period, i koje potom nestaju. Ove kvantne fluktuacije se odigravaju širom univerzuma, i što je univerzum veći to je veći broj kvantnih fluktuacija u njemu, na taj način se može objasniti neopadanje gustine tamne energije.

Druga pretpostavka je kvintisencija, peta sila (pored gravitacione, elektro-magnetne, jake nuklearne i slabe nuklearne) koja bi imala dejstvo suprotno gravitaciji. O ovome više u nekom serijalu posvećenom tamnoj energiji. Ono što je bitno za našu priču jeste to da je tamna energija direktno proporcionalna veličini univerzuma, budući da je ona s jedne strane uniformno rasprostranjena u njemu, i sa druge strane da se njena gustina ne menja sa vremenom. To znači da što je univerzum veći to tamna energije ima više, pa je i širenje univerzuma brže. Ako vratimo film unazad, možemo da zaključimo da je postojao period kada je univerzum bio znatno manji, i kada je prema tome tamna energija bila znatno slabija. Drugim rečima postojao je period kada tamna energija nije bila dominantna sila u univerzumu (kao što ona to jeste sada) već je gravitaciono dejstvo obične materije bilo znatno veće od nje. To dalje znači da je postojao period kada se širenje univerzuma usporavalo, usled međusobnom gravitacionog dejstva objekata unutar univerzuma.

Dakle, univerzum se u tom periodu i dalje širio, ali sve sporije i sporije, sve dok se nije proširio do izvesne kritične vrednosti gde je tamna energija uspela da nadjača gravitaciono privlačenje, i univerzum je krenuo da ubrzava. Kada se sve to stavi na papir i izračuna odstupanje od starosti univerzuma dobijene pretpostavkom da se brzina širenja univerzuma nije menjala (opisane u prethodnom članku) ispostavlja se da se ova dva efekta kompenzuju i da je starost otprilike ista kao kada do menjanja brzine širenja ne bi ni dolazilo. Znam, prilično antiklimatično. Elem, dobijena starost univerzuma je 13.798 ± 0.037 milijardi godina.

Da se vratim na trenutak na tamnu energiju. Pored toga što je ona detektovana više puta, različitim metodama, uz pomoć nje mogu da se izvedu i neka predviđanja. Prema svim merenjima 70% posto mase našeg univerzuma otpada na tamnu energiju. Ako je to tačno, to znači da naš univerzum treba da bude ravan. Zbog čega je to tako, šta to znači da je univerzum ravan, a šta znači zakrivljen, i šta je naš univerzum od ova dva, saznaćete u narednom serijalu koji će govoriti o obliku i dimenzijama univerzuma.