Od ponad stu lat model Wielkiego Wybuchu stanowi podstawę współczesnej kosmologii. Zgodnie z tą teorią wszechświat powstał około 13,8 miliarda lat temu w wyniku gwałtownej ekspansji. Początkowo wypełniała go gorąca plazma złożona z fotonów, elektronów oraz zjonizowanych jąder wodoru i helu. W miarę ochładzania się, około 400 000 lat po Wielkim Wybuchu, plazma pozwoliła na powstanie pierwszych atomów, a wszechświat stał się przezroczysty dla promieniowania – tak powstało mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), będące swoistym śladem tej odległej w czasie epoki.
Owo mikrofalowe promieniowanie tła wskazuje, że młody wszechświat był niemal idealnie jednorodny, z minimalnymi fluktuacjami gęstości. Z czasem te niewielkie zaburzenia umożliwiły powstawanie struktur: ciemna materia zaczęła gromadzić się w lokalne zagęszczenia, przyciągając w te miejsca zwykłą materię i prowadząc do powstania galaktyk oraz gwiazd. Ten proces opisuje tzw. model Lambda-CDM, będący obecnie standardem w kosmologii.
Czytaj także: Nasz świat może być połączony z antywszechświatem. W żadnym z nich nie ma ciemnej energii
Wszystko zmieniło się jednak w 1998 roku, kiedy odkryto, że ekspansja kosmosu nie zwalnia, lecz przyspiesza. To zaskakujące zjawisko wyjaśniono przez wprowadzenie pojęcia ciemnej energii – hipotetycznej formy energii, która działa przeciwnie do grawitacji i odpowiada za przyspieszenie ekspansji. Obecnie szacuje się, że ciemna energia stanowi aż 70 proc. całkowitej zawartości energii we wszechświecie. Najprostszym jej opisem jest stała kosmologiczna, wprowadzona niegdyś przez Einsteina.
W ostatnich latach astronomowie, korzystając z coraz dokładniejszych instrumentów, znacząco poszerzyli naszą wiedzę o naturze ciemnej energii.
Szczególnie istotne są wyniki uzyskane przez zespół naukowców pracujących na danych z Teleskopu Bieguna Południowego (SPT). Ten 10-metrowy instrument, wyposażony w 16 000 detektorów, prowadzi obserwacje z bazy Amundsen-Scott na Antarktydzie. W ciągu dwóch lat zmapowano wczesny wszechświat na obszarze 1/25 nieba, analizując rozkład temperatury i polaryzacji CMB. Te dane połączono z trójwymiarowymi mapami rozmieszczenia galaktyk, uzyskanymi w ramach projektu Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI).
Analiza tak powstałego zestawu danych wskazuje, że ciemna energia może nie być stała w czasie. Mało tego, istnieją przesłanki, że jej siła słabnie, co może oznaczać, że przyspieszona ekspansja wszechświata w przyszłości zwolni lub nawet się zatrzyma. To fundamentalne odkrycie podważa prosty model stałej kosmologicznej i otwiera drogę do nowych teorii, w których ciemna energia ewoluuje wraz z upływem czasu.
Ulepszone pomiary SPT pozwoliły na bardziej precyzyjne określenie parametrów kosmologicznych, w tym tzw. skali horyzontu akustycznego, kluczowej dla rekonstrukcji historii wszechświata. Połączenie tych wyników z danymi z DESI, innych eksperymentów CMB oraz obserwacji supernowych coraz wyraźniej wskazuje, że modele zakładające zmienność ciemnej energii lepiej opisują obserwowany wszechświat.
Czytaj także: Teoria kameleona do poprawki. Ciemna energia wciąż nieuchwytna
Historia badań nad stałą kosmologiczną pokazuje, jak dynamicznie zmienia się nasze rozumienie przestrzeni kosmicznej. Einstein wprowadził ją, by utrzymać statyczny wszechświat, później uznał za zbędną, gdy odkryto ekspansję kosmiczną. Odkrycie przyspieszenia ekspansji sprawiło, że stała kosmologiczna wróciła na salony niczym feniks z popiołów. Dziś, jeśli ciemna energia rzeczywiście się zmienia, być może stoimy u progu kolejnej rewolucji naukowej, która wymusi korektę ogólnej teorii względności lub wprowadzenie zupełnie nowych praw fizyki.
Szampan jednak powinien jak na razie pozostać w lodzie. Choć obecne wyniki są intrygujące, nie osiągnęły jeszcze poziomu statystycznej pewności wymaganej do sformułowania ostatecznych wniosków. Na to trzeba jeszcze trochę poczekać. Dopiero przyszłe projekty badawcze, takie jak DESI-2, eksperyment Spec-S5, a także planowane na lata 30. XXI wieku Obserwatorium Simonsa i projekt CMB-S4, dostarczą wystarczająco dokładne dane. To one pozwolą ostatecznie ustalić, czy przyspieszająca ekspansja wszechświata rzeczywiście traci impet, otwierając nowy rozdział w historii kosmologii.