Temná energie je hypotetická forma energie, která působí negativním, odpudivým tlakem a chová se jako opak gravitace. Předpokládá se, že vysvětluje pozorované vlastnosti vzdálených supernov typu Ia, které ukazují, že vesmír prochází zrychleným obdobím rozpínání. Stejně jako temná hmota není temná energie přímo pozorována, ale spíše odvozena z pozorování gravitačních interakcí mezi astronomickými objekty.
Kredit: Swinburne
Temná energie tvoří 72 % celkové hustoty hmoty a energie ve vesmíru. Dalším dominantním přispěvatelem je temná hmota a malé množství připadá na atomy nebo baryonovou hmotu.
V roce 1998 dva týmy astronomů oznámily, že vzdálené supernovy typu Ia se z~1 jsou o něco slabší než modelové předpovědi rozpínajícího se (ale zpomalujícího se) vesmíru. Aby byly supernovy slabší, musí být vzdálenější, a to vyžaduje, aby rozpínání vesmíru bylo v minulosti pomalejší. Oba týmy se shodly, že vesmír prochází fází zrychleného rozpínání. Jako hnací síla tohoto zrychlování byla uvedena temná energie.
Na počátku 20. století se Albert Einstein odvolával na „kosmologickou konstantu“ (obvykle symbolizovanou řeckým písmenem lambda, Λ). Jednalo se o energii vakua prázdného prostoru, která udržovala vesmír (předpovězený jeho polními rovnicemi obecné teorie relativity) statický, místo aby se smršťoval nebo rozpínal. Poskytovala způsob, jak vyvážit gravitační smršťování způsobené hmotou. Jakmile bylo pozorováno, že se vesmír rozpíná, Einstein narychlo odstranil svou kosmologickou konstantu. Pokud je však temná energie popsána něčím podobným Einsteinově kosmologické konstantě, nevyvažuje pouze gravitaci, aby udržovala statický vesmír, ale má záporný tlak, který způsobuje zrychlování rozpínání.
Byly navrženy další typy temné energie, včetně kosmického pole spojeného s inflací a jiného, nízkoenergetického pole nazvaného „kvintesence“.
Předpokládá se, že velmi raný vesmír také prošel obdobím rychlého rozpínání, které se nazývá inflace. Inflace, k níž došlo asi 10-36 sekund po velkém třesku, působila na vyhlazení vesmíru a jeho geometrické zploštění. Pokud se hustota vesmíru přesně rovná kritické hustotě, pak je geometrie vesmíru plochá jako list papíru. Pro vesmír s převahou hmoty je kritická hustota (odpovídající přibližně 6 protonům na m3) přesně mezi hustotou potřebnou pro těžký vesmír, který se nakonec zhroutí, a hustotou potřebnou pro lehký vesmír, který se bude rozpínat navždy. Když astronomové měří množství hmoty a energie v dnešním vesmíru, vyjde jim jen asi 30 % toho, co je potřeba k tomu, aby byl vesmír plochý. Přidání temné energie do rozpočtu hmoty a energie činí vesmír plochým. Nejjednodušší verze inflace předpovídá, že hustota vesmíru je velmi blízká kritické hustotě.
Sonda WMAP změřila geometrii vesmíru. Pokud by byl vesmír plochý, nejjasnější fluktuace kosmického mikrovlnného pozadí (neboli „skvrny“) by měly průměr asi 1 stupeň. WMAP tuto velikost skvrn potvrdil s velmi vysokou přesností. Nyní víme, že vesmír je plochý s pouze 2% chybou.
Kredit: P. Garnavich (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) and the High-z Supernova Search Team and NASA
Kvintesence pochází od starých Řeků, kteří tímto termínem označovali tajemný „pátý prvek“ – vedle vzduchu, země, ohně a vody. Zatímco kosmologická konstanta je specifická forma energie, energie vakua, kvintesence je dynamická, časově se vyvíjející a prostorově závislá forma energie. Je to kvantové pole s kinetickou a potenciální energií.
V závislosti na poměru obou energií a tlaku, který vyvíjejí, se kvintesence může buď přitahovat, nebo odpuzovat. Má stavovou rovnici (vztahující se k jejímu tlaku p a hustotě ρ) p = wρ, kde w je rovno stavové rovnici energetické složky dominující vesmíru. Pokud w projde přechodem na hodnotu menší než -1/3, iniciuje to zrychlené rozpínání. Naproti tomu kosmologická konstanta je statická, s pevnou hustotou energie a w = -1.
Probíhá řada programů, jejichž cílem je zjistit více o temné energii. Jeden z nich zahrnuje měření baryonových akustických oscilací (BAO).
Byly navrženy alternativy k Temné energii. Někteří vědci navrhli, že se naše Galaxie nachází uvnitř oblasti nízké hustoty způsobené průchodem hustotní vlny. Velký třesk mohl tuto velkorozměrovou vlnu v časoprostoru vytvořit. Když se tato prvotní vlna pohybovala vesmírem, zanechala za sebou vlnění o nízké hustotě o průměru několika desítek milionů světelných let, ve kterém se nyní nachází naše Galaxie. I když je to možné, tento rozdíl ve vlastnostech časoprostoru by porušoval Koperníkův princip, který říká, že vesmír je ve velkých měřítkách homogenní.