Astronomowie wykryli i zbadali ciemną energię przez stosowanie nowej, obiecującej metody badania gromad galaktyk, wynalezionej przez zespół z Chandry. Rezultat pozwoli śledzić przebieg ekspansji Wszechświata od fazy zmniejszenia tempa do zwiększenia tempa parę miliardów lat temu, i dał fascynujące wskazówki dotyczące natury ciemnej energii i przeznaczenia Wszechświata.

„Ciemna energia jest prawdopodobnie największą zagadka w fizyce,” powiedział Steve Allen z Institute of Astronomy (IoA) na Uniwersity of Cambridge w Anglii, prowadzący badania. „Jako takie, niezwykle ważne są niezależne badania w dziedzinie jej istnienia i właściwości.”

Allen i jego koledzy użyli Chandry do przestudiowania 26 gromad galaktyk w odległościach od jednego do ośmiu miliardów lat świetlnych. Dane te dotyczą czasów, gdy Wszechświat zwolnił początkowego tempa swojej ekspansji, przed przyśpieszeniem spowodowanym odpychającym działaniem ciemnej energii.

„Dokładnie zobaczymy, że ekspansja Wszechświata przyśpiesza, gdy zmierzymy odległości do tych gromad galaktyk,” powiedziała Anna Fabian, także z IoA, współautor badań. Nowe rezultaty z Chandry dają do zrozumienia, że gęstość ciemnej energii nie zmienia się zbyt szybko w czasie i może być nawet stała, zgodnie z koncepcją „stałej kosmologicznej” wprowadzoną już przez Alberta Einsteina. Jeśli tak, Wszechświat powinien rozszerzać się w nieskończoność, tak, że na przeciągu zaledwie paru miliardów lat tylko maleńki ułamek znanych galaktyk byłby obserwowalny.

Jeśli gęstość ciemnej energii jest stała, Wszechświat uniknie wielu znacznie dramatyczniejszych scenariuszy. Chodzi na przykład o tzw. „Big Rip” (Wielkie Rozdarcie), kiedy ciemna energia wzrastałaby dopóki galaktyki, gwiazdy, planety a nawet atomy zostałyby rozerwane na strzępy. Albo „Big Crunch”(Wielki Krach), gdy Wszechświat zapadłby się w siebie i przestał potem istnieć.

Testy ciemnej energii z Chandry polegają na unikalnych możliwościach obserwacji rentgenowskich w wykrywaniu i badaniu gorących gazów w gromadach galaktycznych. Dzięki tym danym, mogą zostać określone proporcje masy gazu i ciemnej materii w gromadzie. Obserwowane wartości części gazowej zależą od obranej, przypuszczalnej odległości od gromady, która z kolei zależy od wykrzywienia przestrzeni i ilości ciemnej energii we Wszechświecie.

Ponieważ gromady galaktyczne są tak duże, zostały uznane za dobrą próbkę składu materii Wszechświata. Jeśli tak, proporcje gorącego gazu i ciemnej materii powinny być takie same dla każdej gromady. Używając tego wniosku, Allen i koledzy ustanowili skalę odległości najlepiej pasującą do danych. Te odległości pokazują, że ekspansja Wszechświata najpierw zwalniała, a później zaczęła przyspieszać, około sześciu miliardów lat temu.

Obserwacje z Chandry zgodne są z wynikami badań supernowych, włączając w to te z Hubble Space Telescope (HST), które jako pierwsze pokazały efekty ciemnej energii przyśpieszające Wszechświat. Rezultaty z Chandry są całkowicie niezależne od technik związanych z supernowymi – zarówno, jeśli chodzi o długość fali jak i obserwowane obiekty. Niezależne potwierdzenie jest kamieniem węgielnym nauki. W tym wypadku pomaga rozpędzić wszelkie pozostałe wątpliwości, że technika supernowych jest wadliwa.

„ Nasza metoda z Chandry nie ma nic wspólnego z innymi technikami, więc definitywnie nie są one porównywaniem notatek, że tak powiem ,” podsumował Robert Schmidt z Uniwersytetu w Poczdamie, Niemcy, kolejny współautor badań.

Lepsze obliczenia ilości ciemnej energii i jej zmian w czasie daje połączenie rentgenowskich rezultatów z Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), NASA, która korzysta z obserwacji promieniowania mikrofalowego tła by odkrywać dowody na istnienie ciemnej energii w bardzo młodym Wszechświecie. Używając kombinacji danych, Allen i jego współpracownicy odkryli, że ciemna energia stanowi do 75% Wszechświata, ciemna materia około 21%, a widoczna około 4%.

Allen i koledzy podkreślają, że nieścisłości w pomiarach są takie, że dane są zgodne z tym, że ciemna energia ma stałą wartość. Obecne dane z Chandry dopuszczają też, mimo wszystko, możliwość wzrastającej na przestrzeni czasu intensywności ciemnej energii. Bardziej szczegółowe badania łączące dane z Chandry, HST, WMAP i przyszłej misji Constellation-X powinny dostarczyć dużo precyzyjniejszych wniosków na temat ciemnej energii.

„Zanim nie zrozumiemy lepiej kosmicznego przyśpieszenia i natury ciemnej energii, nie możemy mieć nadziei na zrozumienie przeznaczenia Wszechświata,” powiedział niezależny komentator, Michael Turner z Uniwersity of Chicago.