Nowe spojrzenie na dynamikę ciemnej energii

W kosmologii fizycznej, ciemna energia jest hipotetyczną formą energii, która przenika całą przestrzeń i przyspiesza rozszerzanie się wszechświata. Stała kosmologiczna zakłada najprostszą możliwą postać ciemnej energii, która jest podstawą aktualnie obowiązującego modelu standardowego.

Celem finansowanego ze środków UE projektu "The dark sector in cosmology and impact on present and future generation experiments" (DEMO) było wyodrębnienie ciemnej energii ze stałej kosmologicznej poprzez zidentyfikowanie dynamicznych oddziaływań z innymi formami materii. Widzialny wszechświat zawiera tylko niewielką część zwykłej materii, a resztę stanowi ciemna materia i ciemna energia.

Naukowcy badali, czy ciemna energią może być dynamiczna i czy oddziaływanie grawitacyjne między cząstkami ciemnej materii jest inne niż w przypadku ogólnej teorii grawitacji. Jest tak w przypadku łączonych modeli ciemnej energii, w których cząstki ciemnej materii "odczuwają" obecność piątego oddziaływania, które jest silniejsze niż grawitacja.

Na tej podstawie uczestnicy projektu DEMO zaimplementowali kod numeryczny umożliwiający testowanie sprzężenia między ciemną energią i ciemną materią. Niewielkie różnice w obliczeniach stałej Hubble'a oraz małe wahania gęstości barionowej materii skłoniły naukowców do stwierdzenia, że sprzężenie niezerowe jest zgodne z danymi. Te dane kosmologiczne uzyskane zostały przez Planck Collaboration w 2013 r.

Naukowcy wykazali po raz pierwszy, że ilość ciemnej energii na wczesnych etapach zależy od okresu, w którym ciemna energia zaczęła mieć znaczenie. Choć istnieją ścisłe ograniczenia dotyczące obecności ciemnej energii, wynikające z rozprzęgania fotonów i neutrin, dopuszczalne jest występowanie większych ilości ciemnej energii w późniejszym czasie.

Projekt DEMO zaowocował opracowaniem scenariusza, w którym ciemna energia i ciemna materia są dwoma aspektami tej samej cieczy.

Prace dotyczące ciemnej energii, ciemnej materii i ich porównania z dostępnymi danymi opublikowano w 12 artykułach na łamach międzynarodowych czasopism. Wśród nich znalazły się także prace związane z modelami teoretycznymi oraz ich powiązaniem z danymi.