Lähdekoodi sivulle Pimeä energia

{{Kosmologia}}
'''Pimeä energia''' on hypoteettinen [[energia]]n muoto, joka ei vuorovaikuta tavallisen [[aine]]en kanssa [[sähkömagneettinen säteily|sähkömagneettisen säteilyn]] välityksellä, mutta vaikuttaa [[painovoima]]n kautta ja tämän hypoteettisen energian johdosta [[maailmankaikkeuden laajeneminen]] kiihtyy. Pimeän energian luonnetta ei tunneta, mutta se on aktiivisen tutkimuksen kohde.<ref>{{Kirjaviite|Tekijä=Hugh D. Young, Roger A. Freedman|Nimeke=Sears and Zemansky's University physics|Julkaisija=Pearson Addison-Wesley|Vuosi=2008|Isbn=978-0-321-50121-9|Sivu=1538}}</ref> Hypoteettinen se on siksi, että se on tuntematonta energiamuotoa ja se on teoriasidonnaista; joko sitä on tai yleistä suhteellisuusteoriaa (painovoiman teoria) pitää muuttaa.<ref>[https://areena.yle.fi/1-50981379 Tiedeykkönen Extra: Maailmankaikkeus: Jakso 3: Pimeä energia on suuri arvoitus] (audio Yle Areenassa, 2017)</ref>

[[Planck|Planck-satelliitin]] mittausten perusteella pimeän energian osuus maailmankaikkeuden massaenergiasta on 68,3&nbsp;%. [[Pimeä aine|Pimeän aineen]] osuus on 26,8&nbsp;% ja tavallisen [[aine]]en 4,9&nbsp;%.<ref>{{Verkkoviite | osoite = http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck/Planck_reveals_an_almost_perfect_Universe | nimeke = Planck reveals an almost perfect universe | ajankohta = 27.3.2013 | julkaisija = Euroopan avaruusjärjestö | viitattu = 28.1.2018 | kieli = {{en}} }}</ref>

==Historia==
[[Yleinen suhteellisuusteoria|Yleisen suhteellisuusteorian]] mukaan [[maailmankaikkeus]] voi olla avoin, laakea tai suljettu riippuen massatiheydestä. Pimeän energian olemassaololla spekuloitiin jo 1960-luvulla, kun kävi ilmeiseksi, että galaksien tähtien massa ei riitä siihen, että maailmankaikkeuden geometria olisi laakea. Laskelmissa maailmankaikkeus saatiin laakeaksi joko lisäämällä aineen määrää tai olettamalla voima, joka kiihdyttää avaruuden laajenemista.<ref>Tähtinen & Flynn 2008, s. 153</ref>

1980-luvulla kehitetty [[Kosminen inflaatio|inflaatioteoria]] antoi vahvistusta oletukselle, että maailmankaikkeus olisi laakea. Inflaatioteorian mukaan minkä tahansa muotoinen maailmankaikkeus muokkautuu laakeaksi pian [[alkuräjähdys|alkuräjähdyksen]] jälkeen tapahtuvassa inflaatiossa.<ref>Krauss 2000, s. 187</ref>

==Havainnot==
Vuonna 1998 kaksi tutkimusryhmää laski maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden vaihtelut mittaamalla eri etäisyyksillä olevia Ia-tyypin [[supernova|supernovia]]. Tällaisten supernovien absoluuttinen [[magnitudi (tähtitiede)|magnitudi]] on aina sama, minkä ansiosta supernovan etäisyys on laskettavissa näennäisen magnitudin perusteella. Supernovan [[punasiirtymä]] osoittaa, millä nopeudella se etääntyy Maasta. Näiden tietojen perusteella voidaan laskea, millä nopeudella maailmankaikkeus on laajentunut supernovan räjähdyshetkellä.<ref>Tähtinen & Flynn 2008, s. 139</ref> Tulokset osoittivat, että maailmankaikkeuden laajeneminen on alkanut kiihtyä 5–7 miljardia vuotta sitten.<ref>Tähtinen & Flynn 2008, s. 146</ref> Vuonna 2006 [[Hubble-avaruusteleskooppi|Hubble-avaruusteleskoopilla]] tehdyt tutkimukset kaukaisista Ia-tyypin supernovista vahvistivat, että pimeän energian voimakkuus on pysynyt vakiona viimeisten yhdeksän miljardin vuoden ajan.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = https://www.nasa.gov/home/hqnews/2006/nov/HQ_06353_Hubble_Dark_Energy.html | Nimeke = NASA's Hubble Finds Evidence for Dark Energy in the Young Universe | Tekijä = Hupp, Erica & Brown, Dwayne & Villard, Ray | Ajankohta = 16.11.2006 | Julkaisija = NASA | Viitattu = 14.3.2019 | kieli = {{en}} }}</ref>

Myös [[maailmankaikkeuden ikä|maailmankaikkeuden iänmääritys]] viittaa kiihtyvään laajenemiseen. Ennen pimeän energian havaitsemista maailmankaikkeuden laajenemisen oletettiin hidastuvan ajan mittaan ja keskimääräinen laajenemisnopeus laskettiin Hubble-teleskoopilla [[kefeidi|kefeideistä]] otettujen kuvien perusteella. Maailmankaikkeuden iäksi saatiin noin 9 miljardia vuotta. [[Linnunrata|Linnunradasta]] on kuitenkin löytynyt yli 13 miljardin vuoden ikäisiä tähtiä. Kun laskelmissa huomioitiin supernovahavaintojen mukainen kiihtyvä laajeneminen, maailmankaikkeuden iäksi saatiin noin 13,7 miljardia vuotta, jolloin maailmankaikkeus osoittautui tähtiään vanhemmaksi.<ref>Tähtinen & Flynn 2008, s. 154</ref> Tämänhetkinen arvio maailmankaikkeuden iästä on noin 13,82 miljardia vuotta.<ref>{{Verkkoviite | osoite = https://www.avaruus.fi/uutiset/kosmologia-ja-teoreettinen-fysiikka/maailmankaikkeus-on-50-miljoonaa-vuotta-luultua-vanhempi.html | nimeke = Maailmankaikkeus on 50 miljoonaa vuotta luultua vanhempi | tekijä = Nummila, Sakari | ajankohta = 22.3.2013 | julkaisija = Tähdet ja avaruus | viitattu = 28.1.2018 }}</ref>

Vuonna 2000 tutkijat mittasivat Linnunrataa lähellä olevien galaksien liikkeitä ja totesivat, että jokin voima vastustaa painovoimaa ja työntää galakseja poispäin toisistaan.<ref>Tähtinen & Flynn 2008, s. 152–153</ref> Vuonna 2011 julkaistiin 200&nbsp;000 galaksin liikkeitä seurannut tutkimus, joka vahvisti, että pimeän energian vaikutus on pysynyt samanlaisena viimeisten seitsemän miljardin vuoden aikana.<ref>{{Verkkoviite | osoite = https://www.avaruus.fi/uutiset/kosmologia-ja-teoreettinen-fysiikka/pimea-energia-on-todellista.html | nimeke = Pimeä energia on todellista | tekijä = Nummila, Sakari | ajankohta = 20.5.2011 | julkaisija =Tähdet ja avaruus | viitattu = 28.1.2018 }}</ref> Galaksien liikkeet ovat supernovista riippumaton todiste pimeän energian olemassaolosta.

Maailmankaikkeus osoittautui laakeaksi [[WMAP]]-satelliitin kosmisesta taustasäteilystä tekemien mittausten perusteella vuosina 2003–2008.<ref>Tähtinen & Flynn 2008, s. 173</ref> Myöhemmin Planck-satelliitti on vahvistanut, että maailmankaikkeuden tavallinen ja pimeä aine yhteensä kattavat vain 31,7&nbsp;% laakeuteen vaadittavasta kriittisestä tiheydestä, joten loput 68,3&nbsp;% maailmankaikkeuden massaenergiasta on pimeää energiaa. Tämä on tarkin arvio pimeän energian määrästä ja kolmas todiste pimeän energian olemassaolosta. Planck-satelliitin tulokset ovat kuitenkin osittain ristiriidassa Hubble-teleskoopin mittausten kanssa. Planck-satelliitin mukaan maailmankaikkeuden laajenemisnopeutta kuvaava [[Hubblen vakio]] on noin 67,4&nbsp;km/s/Mpc, kun taas Hubble-teleskoopin mukaan se on noin 73,5&nbsp;km/s/Mpc. Planckin tulokset perustuvat varhaisen maailmankaikkeuden laajenemisnopeuteen ja Hubblen tulokset nykyiseen laajenemisnopeuteen, mutta molemmissa laskelmissa on huomioitu supernovahavaintojen mukainen kiihtyvä laajeneminen, joten molemmat eivät voi olla oikeassa, mikäli pimeän energian voimakkuus on vakio.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = https://www.sciencealert.com/2018-planck-legacy-data-release-cosmic-microwave-background-final | Nimeke = The Standard Cosmological Model Just Got Confirmed Thanks to an Epic Sky Survey | Tekijä = Starr, Michelle | Ajankohta = 18.7.2018 | Julkaisija = ScienceAlert | Viitattu = 14.3.2019 | kieli = {{en}} }}</ref>

Vuonna 2019 julkaistiin tutkimus, jossa mitattiin maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden muutoksia kaukaisten [[kvasaari]]en avulla. Tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jossa kvasaarin etäisyys on laskettavissa eri aallonpituuksilla otettujen kuvien avulla. Tulokset ovat sopusoinnussa supernovahavaintojen kanssa niiden yhdeksän miljardin vuoden osalta, minkä supernovahavainnot kattavat. Kvasaarit ovat kuitenkin paljon supernovia kirkkaampia, joten niitä löydetään miljardeja valovuosia kauempaakin.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = https://www.avaruus.fi/uutiset/kosmologia-ja-teoreettinen-fysiikka/pimean-energian-maara-on-saattanut-vaihdella-maailmankaikkeuden-historiassa.html | Nimeke = Pimeän energian määrä on saattanut vaihdella maailmankaikkeuden historiassa | Tekijä = Suominen, Mikko | Ajankohta = 29.1.2019 | Julkaisija = Tähdet ja avaruus | Viitattu = 14.3.2019 }}</ref> Tutkitut etäiset kvasaarit viittaavat avaruuden laajenemisen olleen oletettua hitaampaa 1,1–2,3 miljardin vuoden ikäisessä maailmankaikkeudessa. Jos tarkemmat havainnot vahvistavat tämän tulevaisuudessa todeksi, se tarkoittaisi, että sekä Planck-satelliitin että Hubble-teleskoopin tulokset voisivat olla oikeassa, mutta yleisen suhteellisuusteorian [[kosmologinen vakio]] ei olisikaan vakio.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = https://www.sciencealert.com/the-universe-is-expanding-faster-than-we-thought-it-might-take-new-physics-can-explain-it | Nimeke = An Unexpected New Measurement of The Universe Suggests We Need to Update Our Physics | Tekijä = Starr, Michelle | Ajankohta =30.1.2019 | Julkaisija =ScienceAlert | Viitattu =14.3.2019 | kieli ={{en}} }}</ref> Tällöin pimeä energia ei voisi olla [[tyhjiöenergia]]a.

==Ehdotuksia pimeäksi energiaksi==
''Tyhjiöenergia'': Jos pimeä energia on yhtä voimakasta joka paikassa kaikkina aikoina, laajeneminen lienee tyhjän avaruuden ominaisuus. Tällöin pimeä energia voitaisiin huomioida yleisessä suhteellisuusteoriassa käyttämällä kosmologista vakiota, jolla olisi nollasta poikkeava arvo. Ongelmana on se, että kokeiden perusteella [[Casimirin ilmiö]]n aiheuttava tyhjiöenergia on 10<sup>120</sup> kertaa voimakkaampi voima kuin kosmologisista havainnoista laskettu avaruuden laajenemista kiihdyttävä voima, eikä mikään teoria selitä, mistä ero johtuu.<ref>Tähtinen & Flynn 2008, s. 159–162</ref>

''[[Kvintessenssi]]'': Kvintessenssillä tarkoitetaan, että maailmankaikkeuden laajenemista kiihdyttävä voima olisi jokin tuntematon [[kvanttikenttäteoria|kvanttikenttä]]. Ongelmana on selittää, miksi kiihtyminen on havaintojen perusteella kasvanut ainakin viimeiset yhdeksän miljardia vuotta samassa suhteessa avaruuden laajenemisen kanssa eli samalla tavalla kuin tyhjiöenergia kiihdyttäisi laajenemista.<ref>Krauss 2000, s. 362</ref>

== Katso myös ==
* [[Pimeä aine]]

== Lähteet ==
* {{Kirjaviite | Tekijä=Krauss, Lawrence M. | Nimeke=Kvintessenssi: Puuttuvan massan arvoitus | Selite=(Quintessence: the mystery of missing mass in the universe, 2000) Suomentanut Erkki Kauhanen | Julkaisupaikka=Helsingissä | Julkaisija=ArtHouse | Vuosi=2003 | Tunniste=ISBN 951-884-360-0}}
* {{Kirjaviite | Tekijä=Tähtinen, Leena & Flynn, Chris | Nimeke=Universumin pimeä puoli: Tieteen suurimmat arvoitukset pimeä aine ja pimeä energia | Selite=Ursan julkaisuja 109 | Julkaisupaikka=Helsingissä | Julkaisija=Ursa | Vuosi=2008 | Tunniste=ISBN 978-952-5329-69-8}}

=== Viitteet ===
{{Viitteet}}

==Aiheesta muualla ==
{{commonscat-rivi}}
* [https://areena.yle.fi/1-50981379 Maailmankaikkeus: Jakso 3: '''Pimeä energia''' on suuri arvoitus], Yle Areena: Tiedeykkönen (audio) 2017
* [http://www.scholarpedia.org/article/Dark_energy Scholarpedia: Dark energy] {{en}} 2008

[[Luokka:Kosmologia]]
[[Luokka:Tähtitieteen ratkaisemattomat ongelmat]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]