mørk energi

Universets energiinnhold

mørk energi 68%
mørk materie 27%
vanlig materie 5%
Kilde: Planck-kollaborasjonen (2018)

Mørk energi er en type energi som ikke sender ut stråling, derav betegnelsen «mørk». Den mørke energien forårsaker frastøtende gravitasjon. Mørk energi er jevnt fordelt og fyller universet.

I kosmologien er den mørke energiens frastøtende gravitasjon den vanligste forklaringen på at universets utvidelse øker farten. Mørk energi kan også forklare universets inflasjonsfase, en periode med varighet på bare 10-33s ved universets tilblivelse. Man regner med at den mørke energien nå utgjør omtrent 68 % av universets innhold, mens omtrent 27% utgjøres av mørk materie og resten av vanlig materie (i hovedsak atomer) (se figuren).

Man vet ikke hva den mørke energien er. En mulighet er at den mørke energien er en form for vakuumenergi, det vil si ene form for energi som blir igjen i et område når all materie og energi som det er mulig å bli kvitt, er fjernet. Det kan for eksempel være en såkalt Lorentz-invariant vakuumenergi, LIVE, som det ikke er mulig å måle hastighet i forhold til. I så fall har den mørke energien konstant tetthet til tross for universets utvidelse, og den tettheten kan representeres ved en såkalt kosmologisk konstant.

Det finnes også en rekke andre modeller for hva mørk energi kan være. En mulighet er at den mørke energien er en form for «Higgs-energi», det vil si en vakuumenergi som er slik at når elementærpartiklene vekselvirker med den, får de masse.

Selv om vi ikke vet hva mørk energi er, mener de fleste kosmologer at universet må inneholde mørk energi i en eller annen form.

Frastøtende gravitasjon

Den mørke energiens viktigste egenskap er at den forårsaker frastøtende gravitasjon.

Ifølge Einsteins relativitetsteori er tyngdeakselerasjonen som en massefordeling forårsaker, proporsjonal med ρ + 3 p/c2, der ρ er massetetthet, p er trykk, og c er lyshastigheten i vakuum. Hvis denne størrelsen er negativ for den mørke energien, vil frie legemer i et område dominert av mørk energi akselerere vekk fra hverandre på grunn av den mørke energiens frastøtende gravitasjon. Størrelsen kan bli negativ hvis trykket p er negativt, det vil si hvis den mørke energien er i en tilstand av strekk. Mørk energi kjennetegnes derfor ved et negativt trykk.

Frastøtende gravitasjon er en relativistisk effekt. I den newtonske grensen, som kan tas ved å la lyshastigheten gå mot uendelig, forsvinner trykkets eller strekkets gravitasjonsvirkning. Derfor eksisterer ikke frastøtende gravitasjon i newtonsk fysikk (se Newtons lover og gravitasjon).

Den mørke energien har stor betydning for vår forståelse av hvordan universets utvidelseshastighet har endret seg i løpet av universets 13,8 milliarder år lange historie. La oss se på den mørke energiens rolle i ulike faser av universets historie.

Kosmisk inflasjon

Den mørke energien kan ha gitt opphav til en periode med varighet på bare 10-33s kalt inflasjonsperioden, der universet hadde en ekstremt akselerert utvidelse på grunn av frastøtende gravitasjon. Dette kan ha vært selve big bang-eksplosjonen. Ved slutten av inflasjonsperioden gikk mesteparten av den mørke energien over til stråling og elementærpartikler.

Universet gikk da først inn i en strålingsdominert periode som varte omtrent 50 000 år, og så en materiedominert periode som varte omtrent 6 milliarder år. I hele denne perioden ble utvidelsen bremset ned av strålingen og materiens tiltrekkende gravitasjon.

En hypotese om hvor den mørke energien kommer fra, er at det ble igjen noe mørk energi ved avslutningen av inflasjonsperioden. Hvis den mørke energien er av typen LIVE, holdt tettheten av denne seg konstant i den senere utviklingen av universet, mens tettheten av stråling og materie avtok. For omtrent 6 milliarder år siden ble tettheten av mørk energi større enn materiens tetthet, og den mørke energiens frastøtende gravitasjon begynte å akselerere opp universets utvidelsesfart.

Akselerert kosmisk utvidelse

1998 viste observasjoner av supernovaer at universets utvidelsesfart øker. Dette ble forklart som et resultat av den mørke energiens frastøtende gravitasjon. Senere har en lang rekke andre målinger støttet opp under disse resultatene. Et viktig eksempel er målinger av den kosmiske bakgrunnsstrålingen gjort av Planck-romobservatoriet.

Målingene viser at nå utgjør tettheten av den mørke energien energi i universet omtrent 68 prosent av universets innhold. Den mørke energien er den dominerende energiformen i universet (se figuren).

Mørk energi og universets fremtidige skjebne

Hvis den mørke energien er av typen LIVE, er tettheten dens konstant under universets utvidelse. Siden tettheten av stråling og materie avtar i et univers som utvider seg, vil den mørke energien dominere mer og mer. Det betyr at utvidelseshastigheten aldri vil slutte å øke. Universet vil aldri stoppe å utvide seg. I en fjern fremtid vil universet være ganske tomt for stråling og materie. Det vil utvide seg eksponentielt i en sluttfase som minner om inflasjonsfasen, men med den forskjellen at tettheten av stråling og materie nærmer seg null.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg