Тёмная энергия — рабочее название неизвестного компонента или эффекта, из-за которого расширение Вселенной ускоряется.
Это не вещество, обнаруженное в лаборатории: о нём судят по космологическим наблюдениям и их согласованию с общей теорией относительности.
Как обнаружили ускорение
В конце 1990-х две команды измеряли расстояния до далёких сверхновых типа Ia и сравнивали их с красным смещением. Сверхновые оказались дальше, чем ожидалось для замедляющегося расширения. Последующие данные о реликтовом излучении и крупномасштабной структуре укрепили модель ускоряющейся Вселенной.
В стандартной космологической модели на тёмную энергию приходится около 68–70% современной плотности энергии Вселенной. Число зависит от набора наблюдений и модели, поэтому его не следует понимать как прямое взвешивание отдельной субстанции.
Тёмная энергия и тёмная материя
Тёмная материя проявляет гравитационное притяжение: она помогает удерживать галактики и формировать скопления. Тёмная энергия на космологических масштабах связана с ускорением расширения пространства. Сходство названий отражает неизвестную природу, но это разные задачи физики.
Также неверно представлять тёмную энергию как поток, выталкивающий планеты из Солнечной системы. На масштабах звёздных и планетных систем локальная гравитация намного сильнее эффекта космического расширения.
Основные гипотезы
Самое простое описание — космологическая постоянная в уравнениях Эйнштейна, соответствующая неизменной плотности энергии пустого пространства. Другой класс идей предполагает динамическое поле, свойства которого меняются со временем. Есть и модели, где на огромных расстояниях нужно изменить описание гравитации.
Ни одна интерпретация пока не объясняет все фундаментальные вопросы. Особенно трудно согласовать наблюдаемую величину с наивными оценками вакуумной энергии в квантовой теории.
Как проверяют природу тёмной энергии
Исследователи строят трёхмерные карты распределения галактик, измеряют слабое гравитационное линзирование, сверхновые и характерные масштабы в космической паутине. Миссии Euclid и Roman предназначены для точного отслеживания истории расширения и роста структуры.
Если тёмная энергия ведёт себя как постоянная, далёкие несвязанные галактики будут всё быстрее уходить за наблюдаемый горизонт. Другие сценарии допускают иное будущее. Надёжный прогноз зависит от того, постоянны ли её свойства.
Почему тёмную энергию считают реальной, если её не видели?
В науке существование эффекта устанавливают по воспроизводимым измерениям. Ускоренное расширение согласуется с несколькими независимыми наблюдениями; слово «тёмная энергия» обозначает неизвестную причину этого эффекта.
Расширяются ли атомы вместе со Вселенной?
Нет. Электромагнитные силы удерживают атомы, а гравитация удерживает планетные и многие звёздные системы. Космологическое расширение заметно между далёкими несвязанными галактиками.