Американський астроном Едвін Хаббл зробив одне зі своїх найбільших відкриттів зовсім випадково. У 1929 році, працюючи на 100-дюймовому хейловскому телескопі і вимірюючи спектральні властивості галактик У. Гершеля, він зазначив одну цікаву закономірність.

Самі галактики начебто були багато в чому схожі за будовою з нашим Чумацьким шляхом, але ось спектри найяскравіших зірок з цих далеких галактик, помітно відрізнялися від спектрів місцевих зірок нашої галактики. Всі вони були характерно «зрушені» в більш довгохвильову, або червону сторону спектра. Ефект відразу ж отримав назву - ефект червоного зміщення.

Закон Хаббла є основним методом визначення відстані до далеких позагалактичних об'єктів.

Найновіші дослідження дають для параметра Хаббла значення

H₀ = 67,80 ± 0,77 (км/с)/Мпк.

Якщо вважати, що швидкість розширення Всесвіту залишалася постійною, то величина, обернена до сталої Хаббла, визначатиме час від моменту Великого Вибуху, або вік Всесвіту. Його називають також часом Хаббла. Він дорівнює приблизно 13,78 млрд років.

Індекс «0» у сталій Хаббла вказує, що величина Н₀ відноситься до нашої епохи. Оскільки Всесвіт розширяється, то постійна Хаббла змінює своє значення.

Група астрономів під керівництвом лауреата Нобелівської премії Адама Рісса виявила, що Всесвіт розширюється на 5 — 9 відсотків швидше, ніж передбачали досі.

З допомогою Космічного телескопа імені Габбла астрономи визначили відстані до зір у галактиках точніше, ніж це було раніше. Завдяки цим вимірам з’ясовано, що Всесвіт нині розширюється з більшою швидкістю, ніж та, яку визначено з досліджень раннього Всесвіту. Якщо нові результати буде підтверджено, то ця явна невідповідність може стати важливим ключем до розуміння трьох найневловиміших складових Всесвіту: темної матерії, темної енергії і нейтрино.

На світлині показано метод визначення відстаней до далеких галактик, що дозволив отримати нове значення постійної Габбла. Фото з сайту www.spacetelescope.org. Переклад на українську підписів на мал. виконано ВЦ «Наше небо».

Раніше виконані вимірювання реліктового випромінювання космічним зондом NASA WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) та обсерваторією «Планк» (Planck) Європейського космічного агентства дають менші значення для постійної Габбла, яка характеризує космологічне розширення Всесвіту.

Докладніше читайте про нове відкриття в замітці, яку вміщує «Наше небо».

Широке розповсюдження термін отримав після робіт Фріца Цвіккі в 1933 році. Вчений вимірював радіальні швидкості восьми галактик в скупченні Кома і виявив, що для стійкості скупчення необхідно припустити, що його повна маса в десятки разів більша, ніж маса зірок, що входять в його склад. Згодом, інші вчені зробили такі ж виснови щодо інших досліджуваних галактик. Починаючи з 1960-х років, коли почався бурхливий прогрес спостережувальних засобів астрономії, число аргументів на користь існування темної матерії стрімко зросло.

Видимий нами матеріал називають баріонною матерією. Вона представлена протонами, нейтронами і електронами. Небаріонна матерія може включати в себе такі елементи теоретичних моделей: легкі та важкі нейтрино, аксіони, косміони, суперсиметричні частинки тощо. Існує думка, що темна матерія може поєднувати в собі баріонну і небаріонну матерію. Але вчені все ж таки схиляються до думки, що до складу темної матерії входять частинки саме небаріонної матерії, адже якби темна матерія реагувала з баріонами, то ми могли б її безпосередньо спостерігати. Класифікувати темну матерію можливо за температурою, при якій взаємодія з баріонними речовинами припинилася на ранніх етапах еволюції Всесвіту. Згідно з цим, виділяють гарячу, теплу та холодну темну матерію. Щоб Всесвіт залишався в звичній цілісності, темна матерія має бути присутня в кількості не менше 80%.

Темна енергія — в космології гіпотетична форма енергії, що має від'ємний тиск і рівномірно заповнює весь простір Всесвіту. Згідно з положеннями загальної теорії відносності, гравітація залежить не лише від маси, але і від тиску, до того ж від'ємний тиск має породжувати відштовхування, антигравітацію. Згідно з останніми даними, було виявлено прискорення розширення Всесвіту в космологічних масштабах. Темна енергія має складати значну частину так званої прихованої маси Всесвіту.

Існує два варіанти пояснення сутності темної енергії:

• Темна енергія є космологічна стала — незмінна енергетична густина, що рівномірно заповнює простір.
• Темна енергія є динамічне поле, енергетична густина якого може змінюватися в просторі-часі. У такому випадку його називають квінтесенція, якщо поле спадає з часом, або фантом, якщо його густина зростає.

Остаточний вибір між двома варіантами вимагає високоточних вимірів швидкості розширення Всесвіту, щоб зрозуміти, як ця швидкість змінюється з часом. Темпи розширення Всесвіту описуються космологічним рівнянням стану. Розв'язок рівняння стану для темної енергії — одна з найнагальніших задач сучасної спостережної космології.

Темна матерія — один із компонентів Всесвіту, існування якого виявлено нещодавно лише за гравітаційним впливом на видиму матерію і на фонове випромінювання, оскільки вона не випромінює і не розсіює електромагнітне випромінювання, а також не бере участі у сильній (ядерній) взаємодії. Припущення про її існування необхідне для пояснення розбіжностей між:

• масами галактик, скупчень галактик та усього Всесвіту, виміряних за їхніми динамічними характеристиками, та
• масами видимої у них матерії — зірок, газу і пилу з міжзоряного і міжгалактичного середовища.

Сама по собі баріонна матерія, тобто звичайна матерія, речовина, що складається з баріонів (нейтронів, протонів і електронів), не володіє достатньою гравітацією, щоб пояснити структуру нашого Всесвіту. Наша галактика Чумацький Шлях обертається так швидко, що її зірки повинні були б розкидані всюди, так як все, що ми можемо бачити навколо нас, має тільки 10% гравітації, необхідної для утримання зірок на своїх орбітах. Галактики і надскупчення стають можливими завдяки додатковій гравітації темної матерії - матерії, яка не випускає і не відображає світло. Концентрації темної матерії, однак, викривляють світло, що проходить поблизу. Ми також знаємо, що вона повільна і важка, так як вона повинна бути холодною або повільної, щоб гравітаційно об'єднати галактики і кластери.

Якщо темна матерія здається дивною, то все стає ще більш заплутаним, коли ми добираємося до темної енергії.

Ейнштейн передбачив розширення Всесвіту (швидкість, яку ми тепер називаємо постійної Хаббла і яка була присутня в рівняннях загальної теорії відносності), але сучасні виміри показують більш високу швидкість, ніж передбачив Ейнштейн. До того, як були зроблені ці вимірювання, вважалося, що розширення Всесвіту сповільниться, і вона в кінцевому підсумку схлопнеться знову в себе, але тепер найбільш імовірним результатом є те, що наш Всесвіт буде продовжувати розширюватися завжди, що в кінцевому підсумку призведе до так званої теплової смерті.

Це безперервне прискорення Всесвіту відбувається завдяки темній енергії - відштовхувальній силі, яка діє протилежним чином, ніж темна матерія, змушуючи Всесвіт розширюватися, а не об'єднуватися в організовані структури. Це властивість, яке, мабуть, є частиною порожнього простору, а ця енергія сильніша і концентрована, ніж все інше у Всесвіті. Якщо це властивість порожнього простору, це означає, що порожній простір - це не ніщо, а щось.

Ще один важливий для дослідження темної енергії ефект – гравітаційне темне лінзування – полягає у відхиленні пучків світла в поле речовини. Лінзування одночасно дозволяє вивчати структуру Всесвіту і її геометрію, тобто форму простору-часу.

Підведемо підсумки, що ж вдалося дізнатися фізикам за практично тридцятирічний стаж вивчення темної енергії?

З великою точністю відомо, що темна енергія володіє негативним тиском: більше того, рівняння залежності тиску від щільності енергії визначено з великою вірогідністю, і такими властивостями не володіє жодна інша відома нам середовище.

Темна енергія просторово-однорідна, а її внесок в густину енергії став домінуючим відносно недавно – близько п’яти мільярдом років тому; при цьому вона впливає одночасно і на відстані між об’єктами і на саму структуру Всесвіту.

Різні космологічні експерименти дозволяють вивчати темну енергію, але в даний час помилки вимірювання занадто великі, щоб робити точні передбачення. Поки що вчені ще явно далекі від відповіді на питання про природу темної енергії, яка багато мільярдів років таємно керує пристроєм Всесвіту.