Тёмная энергия (Dark Energy) — это гипотетическая форма энергии, которая, согласно современным космологическим моделям, составляет около 68% от общей энергии Вселенной. Её существование было постулировано для объяснения наблюдаемого ускоренного расширения Вселенной. Тёмная энергия не испускает, не поглощает и не отражает свет, что делает её "тёмной" в том смысле, что её нельзя непосредственно наблюдать с помощью традиционных астрономических инструментов.
Основной эффект: Тёмная энергия создаёт отрицательное давление, которое заставляет Вселенную расширяться с ускорением.
Вместе с тёмной материей и обычной материей, тёмная энергия составляет общую плотность энергии Вселенной.
Тёмная энергия: 68%
Тёмная материя: 27%
Обычная (барионная) материя: 5%
Однородность: Тёмная энергия считается равномерно распределённой по всей Вселенной.
Низкая плотность: Плотность тёмной энергии очень мала по сравнению с плотностью материи, но её влияние значительно из-за огромного объёма Вселенной.
Отрицательное давление: Ключевое свойство, отличающее тёмную энергию от обычной материи и тёмной материи. Это отрицательное давление создаёт эффект "отталкивания", приводящий к ускоренному расширению.
Космический микроволновый фон (CMB): Анализ CMB, реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва, позволяет определить геометрию Вселенной. Данные CMB, полученные спутниками WMAP и Planck, показывают, что Вселенная является плоской (евклидовой) с высокой точностью. Это означает, что общая плотность энергии Вселенной равна критической плотности, необходимой для плоской геометрии. Однако, наблюдаемая плотность обычной и тёмной материи составляет лишь около 32% от критической плотности. Для того, чтобы Вселенная была плоской, необходима дополнительная форма энергии - тёмная энергия, составляющая оставшиеся 68%.
Крупномасштабная структура Вселенной: Распределение галактик и скоплений галактик в крупном масштабе также согласуется с существованием тёмной энергии. Тёмная энергия влияет на рост крупномасштабной структуры Вселенной, подавляя образование более крупных скоплений галактик.
Барионные акустические осцилляции (BAO): BAO – это периодические колебания плотности барионной материи (обычной материи) в ранней Вселенной, которые оставили отпечаток в распределении галактик. Измерение BAO позволяет определить расстояния до галактик и, следовательно, измерить скорость расширения Вселенной. Данные BAO также подтверждают ускоренное расширение Вселенной и существование тёмной энергии.
Эффект Сакса-Вольфа: Интегрированный эффект Сакса-Вольфа (ISW) – это изменение энергии фотонов CMB при прохождении через гравитационные потенциалы, связанные с крупномасштабной структурой Вселенной. Тёмная энергия влияет на эволюцию гравитационных потенциалов и, следовательно, на эффект ISW.
Космологическая постоянная (Λ): Самая простая и наиболее распространённая модель. Представляет собой постоянную плотность энергии, равномерно распределённую по всему пространству. Вводится в уравнения Эйнштейна как дополнительный член. Соответствует энергии вакуума. Проблема в том, что теоретические расчёты энергии вакуума дают значения, которые на много порядков превышают наблюдаемую плотность тёмной энергии.
Квинтэссенция: Гипотетическое динамическое поле, скалярное поле, меняющееся во времени и пространстве. В отличие от космологической постоянной, плотность энергии квинтэссенции может меняться со временем.
Модифицированная гравитация: Альтернативные теории гравитации, которые пытаются объяснить ускоренное расширение Вселенной без привлечения тёмной энергии. Примеры: f(R) гравитация, MOND (Modified Newtonian Dynamics) и другие. Эти теории изменяют уравнения Эйнштейна, чтобы объяснить наблюдаемые космологические явления.
Другие экзотические модели: Рассматриваются и другие экзотические варианты, например, модели с взаимодействующей тёмной энергией и тёмной материей.
Природа тёмной энергии: Что такое тёмная энергия? Какова её физическая природа?
Космологическая постоянная проблема: Почему теоретические предсказания энергии вакуума так сильно отличаются от наблюдаемой плотности тёмной энергии?
Совпадение (coincidence problem): Почему плотность тёмной энергии и плотность материи имеют близкие значения в современную эпоху? Почему ускоренное расширение началось относительно недавно?
Уравнение состояния: Каково уравнение состояния тёмной энергии? Уравнение состояния описывает отношение давления тёмной энергии к её плотности (w = p/ρ). Для космологической постоянной w = -1. Для квинтэссенции w может меняться со временем.
Более точные измерения: Необходимы более точные измерения расстояний до сверхновых, CMB, BAO и других космологических параметров.
Новые обсерватории: Строятся новые обсерватории и космические телескопы, такие как телескоп имени Нэнси Грейс Роман (Nancy Grace Roman Space Telescope) и Extremely Large Telescope (ELT), которые позволят получить более детальные данные о Вселенной.
Теоретические исследования: Продолжаются теоретические исследования, направленные на разработку новых моделей тёмной энергии и модифицированной гравитации.
Тёмная энергия — одна из самых больших загадок современной космологии. Она является доминирующей компонентой Вселенной и отвечает за её ускоренное расширение. Хотя мы знаем о её существовании из различных наблюдений, её природа остаётся неизвестной. Дальнейшие исследования и новые наблюдения помогут нам лучше понять эту загадочную форму энергии и её роль в эволюции Вселенной.