Expansiunea accelerată a Universului, energia întunecată şi premiul Nobel pentru Fizică în 2011

Universul este într-adevar un loc bizar şi, mai în glumă sau mai în serios, se spune că Natura are mai multă „imaginaţie" decât noi oamenii (ceea ce nu e surprinzător, având în vedere faptul că noi, oamenii, suntem produşii Naturii). Cazul pe care îl vom prezenta, al aşa-zisei energii întunecate, este o dovadă în această direcţie.

Premiul Nobel pentru Fizică în 2011, circa 1.5 milioane de dolari, a fost decernat pentru descoperirea expansiunii accelerate a Universului în urmă observării de supernove îndepărtate. Cei trei laureați ai prestigiosului premiu sunt cei care, începând din 1998, au făcut această descoperire incredibilă, care a dus la introducerea termenului de „energie întunecată" în lumea științei.

Brian Schmidt, da la Australian Național University din Weston Crick, Australia, a condus proiectul High-z Supernovă, care a adus primele dovezi experimentale legate de expansiunea accelerată a Universului , și a primit 25% din premiu.

Adam Riess, de la Johns Hopkind University și de la Space Telescope Science Institute în Baltimoe , Maryland, USA, care a jucat un rol special în proiectul High-z Supernovă, a primit la rândul lui 25% din premiu.

În final, Saul Perlmutter, de la University of California, Berkeley, SUA, a primit restul de 50% din premiu, el fiind cel care a condus proiectul Supernovă Cosmology Project, în cadrul căruia au fost făcute observații importante care au confirmat expansiunea accelerată a Universului.

Pe scurt va relatăm importantă acestor măsurători.

Descoperirea expansiunii Universului

Soarta şi evoluţia Universului au fascinat omul dintotdeauna - astfel s-au născut legendele şi miturile care „explicau" naşterea Cosmosului şi evoluţia acestuia. De când însă avem acces la instrumente care ne permit să scrutam Universul, lunete şi telescoape din ce în ce mai sofisticate, am ajuns să înţelegem mai bine locul nostru în Sistemul Solar şi în galaxia noastră. Am ajuns să vedem Galaxii apropiate şi Galaxii din ce în ce mai îndepărtate - chiar galaxii care se află la incredibila distanţă de mai bine de 10 miliarde de ani lumină. Anul lumină este, în astronomie şi astrofizică, unitatea de măsură cea mai convenabilă, reprezentând distanţa pe care o străbate lumina într-un an; de amintit că viteza luminii este de circa 300.000 km/s. În această unitate de măsură distanţa la care se află Soarele este de circa 8 minute lumină, iar Luna de circa o secundă lumină.

Nu mică a fost surpriza în anii '20 ai secolului trecut generată de descoperirea făcută de Edwin Hubble, cu ajutorul telescopului de la Mount Wilson Observatory, că Universul este în expansiune, adică faptul că toate galaxiile se îndepărtează una faţă de alta cu o viteză care depinde de distanţă: cu cât mai mare este distanţa faţa de noi cu atât mai repede se îndepartează obiectele respective (ceea ce nu înseamnă însă că noi am avea un loc privilegiat în Univers, expansiunea Universului este valabilă „pretutindeni", un eventual extraterestru din altă Galaxie ar vedea aceeaşi situaţie). După analiza datelor, în limbaj tehnic a „deplasării spre roşu" a stelelor de tip Cefeide pe care Hubble le-a măsurat, s-a ajuns la concluzia că viteza de îndepărtare a obiectelor astronomice faţă de noi depinde direct proporţional de distanţă, constanta de proporţionalitate fiind denumită constanta lui Hubble (v = H x d).

Surpriză: expansiunea accelerată şi... energia întunecată

De la descoperirea lui Hubble până în zilele noastre tehnica experimentală s-a perfecţionat şi astronomii au fost în stare să verifice legea lui Hubble pentru distanţe mult mai mari decât la început.

Astfel, în 1998 grupul High-z Supernova Search Team a publicat rezultatele măsurătorilor de Supernovae de tip Ia (stele masive aflate în ultima fază a vieţii lor, care generează o explozie extrem de violentă; sunt foarte bine cunoscute şi ca atare folosite ca standarde pentru măsurarea distanţelor în Univers) îndepartate. Aceste măsurători dădeau un rezultat surprinzător. Legea lui Hubble nu este chiar corectă: „constanta lui Hubble" (H din formulă) nu este... constantă! Expansiunea Universului este din ce în ce mai rapidă, adică accelerată. De atunci, alte măsurători, cum ar fi Supernova Cosmology Project, au confirmat această expansiune accelerată a Universului.

Ce ar putea duce la o expansiune accelerată a Universului? Nu poate fi o formă stranie de materie, deoarece materia are efecte gravitaţionale, iar forţa gravitaţională fiind doar de tip atractiv cel mult ar fi încetinit expansiunea Universului. Este momentul în care a luat naştere termenul de „energie întunecată", tocmai pentru a o deosebi de „materia întunecată" care are efecte gravitaţionale de tip atractiv, şi de care am vorbit în articolele precedente.

La ora actuală „energia întunecată" este unul dintre misterele cele mai profunde în fizică: ce ar putea fi această energia întunecată? Ceea ce se crede, din calculele făcute de fizicieni, este că această formă de energie reprezintă mai bine de 70% de energia din Univers.

Energia întunecată şi soarta Universului

Este energia întunecată constantă în evoluţia Universului sau are valori care depind de „epoca" în care ne aflăm? La ora actuală există doar ipoteze...

Evident că răspunsul la această întrebare este extrem de important, deoarece ne poate da o indicaţie despre soarta finală a Universului: o expansiune din ce în ce mai rapidă, care va dura la infinit, sau o eventuală încetinire a acesteia, urmată de o contracţie a Universului, un aşa-numit Big Crunch (opusul Big Bang-ului)?

Cătălina

Oana Curceanu este prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro.