Как ученые рассчитывают процент темной энергии во Вселенной?

Есть (по крайней мере) четыре способа, которыми темная энергия вселенной влияет на то, что мы можем наблюдать.

1. Космический микроволновый фон сформировался в ранней Вселенной, когда впервые сформировались атомы (водорода), и Вселенная стала прозрачной для излучения, которое было внутри нее. Имеются небольшие флуктуации реликтового излучения, которые отражают небольшие различия в плотности областей во Вселенной во время этого «разъединения» излучения и вещества. Насколько большими (с точки зрения угла на небе) эти регионы теперь выглядят, зависит от последующей скорости расширения пространства, а это, в свою очередь, зависит как от количества гравитирующей материи (которая замедляет начальное расширение), так и от количества темной энергии. (что ускоряет расширение). Следовательно, в общих чертах, угловой размер флуктуаций (около 1 градуса) реликтового излучения позволяет сделать вывод о количестве темной энергии,

2. Расширение Вселенной также можно отследить с помощью стандартных свечей. То есть мы можем измерить яркость чего-то, сделать вывод, как далеко оно должно быть, а затем измерить, как быстро оно удаляется от нас. В замедляющейся Вселенной, содержащей только гравитирующую материю, тогда скорость расширения была бы намного выше в прошлом и была бы засвидетельствована в скоростях разбегания более далеких объектов, которые видны такими, какими они были в далеком прошлом. Наблюдения за сверхновыми типа Ia — стандартными свечами, возникающими в результате взрывов белых карликов с почти фиксированной массой и чрезвычайно постоянной пиковой светимостью — опровергают это ожидание. Вместо этого кажется, что расширение Вселенной ускоряется, и это приписывается темной энергии. Опять же, эта интерпретация не полностью независима от других космологических параметров.

3. Крупномасштабная структура Вселенной зависит как от количества гравитирующей материи (особенно темной материи, которая могла начать слипаться еще до того, как нормальная материя и излучение разъединились), так и от количества темной энергии. Модели того, как формируются скопления галактик и нитевидные структуры во Вселенной, предполагают, что диапазон и масштаб структур, которые мы видим во Вселенной сегодня, в деталях зависят от природы темной материи, а также от природы темной энергии. Сравнение этих моделей с наблюдениями приводит к ограничениям на то, сколько должно быть темной энергии.

4. В 80-х и начале 90-х в космологии наступил своего рода кризис. Если измерить текущую скорость расширения Вселенной и экстраполировать ее в прошлое, можно вычислить, как давно произошел Большой взрыв. Выполнение этого упражнения, предполагая, что расширение Вселенной только замедляется со временем из-за гравитационного вещества внутри нее, привело к возрасту около 10 миллиардов лет. Однако самым старым звездам во Вселенной, казалось, было по крайней мере 12 миллиардов лет! Темная энергия решает эту проблему, позволяя расширению ускоряться со временем после начального периода гравитационного замедления. Таким образом, экстраполяция, основанная на текущей скорости расширения, приводит к слишком раннему возрасту. Вместо этого пересмотренный экстраполированный возраст Вселенной, включая темную энергию, составляет 13 лет.

Соединение всех этих вещей вместе приводит к так называемой «согласованности» или модели Lambda-CDM для Вселенной (см. изображение, адаптированное из Kowalski et al. 2008 ). Это утверждает, что 68% общей плотности энергии во Вселенной находится в форме «темной энергии», которая вызывает ускорение расширения Вселенной.