Δύο ερευνητές έχουν στρώσει δύο φορές την ημέρα, επτά μέρες την εβδομάδα, από τον Φεβρουάριο μέχρι το Νοέμβριο τα τελευταία τέσσερα χρόνια, με θερμομονωτικά και εξωτερικά ενδύματα, με φλις, φανέλα, διπλά γάντια, διπλές κάλτσες, προστατευμένες φόρμες και φουσκωτά κόκκινα πάρκα, μέχρι να φαίνονται σαν δίδυμοι Michelin Men. Στη συνέχεια, βγαίνουν έξω, εμπορεύοντας τη ζεστασιά και τις σύγχρονες ανέσεις ενός επιστημονικού σταθμού (γυμναστήριο, γυμναστήριο, καφετέρια 24ωρης) για ένα τοπικό τοπίο Fahrenheit minus 100 βαθμών, πιο επίπεδη από το Κάνσας και ένα από τα πιο κρύα μέρη του πλανήτη. Βυθίζονται στο σκοτάδι, σχεδόν ένα μίλι, σε ένα οροπέδιο χιόνι και πάγο, μέχρι να διακρίνουν, με φόντο περισσότερων αστέρες από ό, τι παρατηρεί ποτέ ένας παρατηρητής στην πίσω αυλή, τη σιλουέτα του γιγαντιαίου δίσκου του Τηλεσκοπίου του Νότου Πόλου, όπου εντάσσονται σε μια παγκόσμια προσπάθεια να λύσουν πιθανώς το μεγαλύτερο αίνιγμα στο σύμπαν: από τι είναι κατασκευασμένο το μεγαλύτερο μέρος.
σχετικό περιεχόμενο
- Οι εναπομείναντες φωτογραφίες του καταδικασμένου νότιου πύργου
Για χιλιάδες χρόνια το είδος μας έχει μελετήσει τον νυχτερινό ουρανό και αναρωτήθηκε αν υπάρχει κάτι άλλο. Πέρυσι, εορτάσαμε την 400ή επέτειο της απάντησης του Galileo: Ναι. Ο Γαλιλαίος εκπαιδεύτηκε ένα νέο όργανο, το τηλεσκόπιο, στους ουρανούς και είδε αντικείμενα που κανένα άλλο άτομο δεν είχε δει ποτέ: εκατοντάδες αστέρια, βουνά στη Σελήνη, δορυφόρους του Δία. Από τότε βρήκαμε περισσότερους από 400 πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια, 100 δισεκατομμύρια αστέρια στον γαλαξία μας, εκατοντάδες δισεκατομμύρια γαλαξίες πέρα από τη δική μας, ακόμα και την εξασθενημένη ακτινοβολία που είναι η ηχώ του Big Bang.
Τώρα οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ακόμη και αυτή η υπερβολική απογραφή του σύμπαντος μπορεί να είναι εξωπραγματική, όπως ο πενταπλανητικός κόσμος που κληρονόμησε ο Γαλιλαίος από τους αρχαίους. Οι αστρονόμοι έχουν συγκεντρώσει στοιχεία ότι αυτό που πάντα θεωρούσαμε ως το πραγματικό σύμπαν - εμένα, εσύ, αυτό το περιοδικό, πλανήτες, αστέρια, γαλαξίες, όλο το θέμα στο διάστημα - αντιπροσωπεύει μόνο 4 τοις εκατό από αυτό που είναι πραγματικά εκεί έξω. Τα υπόλοιπα που καλούν, γιατί δεν θέλουν μια καλύτερη λέξη, είναι σκοτεινά: το 23 τοις εκατό είναι κάτι που ονομάζουν σκοτεινή ύλη και το 73 τοις εκατό είναι κάτι ακόμα πιο μυστηριώδες, το οποίο αποκαλούν σκοτεινή ενέργεια.
"Έχουμε μια πλήρη απογραφή του σύμπαντος", δήλωσε ο Sean Carroll, κοσμολόγος του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Καλιφόρνιας, "και δεν έχει νόημα".
Οι επιστήμονες έχουν κάποιες ιδέες για το τι θα μπορούσε να είναι η σκοτεινή ύλη - εξωτικά και ακόμα υποθετικά σωματίδια - αλλά δεν έχουν καμιά ένδειξη για τη σκοτεινή ενέργεια. Το 2003, το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας ανέφερε "Ποια είναι η φύση της σκοτεινής ενέργειας;" ως ένα από τα πιο πιεστικά επιστημονικά προβλήματα των επόμενων δεκαετιών. Ο επικεφαλής της επιτροπής που έγραψε την έκθεση, ο κοσμολόγος του Πανεπιστημίου του Σικάγου Μάικλ Στ. Τέρνερ, προχωρεί περαιτέρω και κατατάσσει τη σκοτεινή ενέργεια ως "το πιο βαθύ μυστήριο σε όλη την επιστήμη".
Η προσπάθεια επίλυσής της έχει κινητοποιήσει μια γενιά αστρονόμων σε μια επανεξέταση της φυσικής και της κοσμολογίας για να ανταγωνιστεί και ίσως να ξεπεράσει την επανάσταση που εγκαινίασε το Galileo σε ένα φθινοπωρινό βράδυ στην Πάδοβα. Γίνονται αντιμέτωποι με μια βαθιά ειρωνεία: είναι η ίδια η όραση που μας έχει τυφλήσει σχεδόν σε ολόκληρο το σύμπαν. Και η αναγνώριση αυτής της τύφλωσης, με τη σειρά της, μας ενέπνευσε να ρωτήσουμε, σαν να ήταν για πρώτη φορά: Τι είναι αυτό το σύμπαν που αποκαλούμε σπίτι;
Οι επιστήμονες κατέληξαν σε μια συναίνεση στη δεκαετία του '70 ότι υπήρχαν περισσότερα για το σύμπαν απ 'ότι συναντούν το μάτι. Σε υπολογιστικές προσομοιώσεις του γαλαξία μας, ο Γαλαξίας, οι θεωρητικοί βρήκαν ότι το κέντρο δεν θα κρατούσε - με βάση αυτό που μπορούμε να το δούμε, ο γαλαξίας μας δεν έχει αρκετή μάζα για να κρατήσει τα πάντα στη θέση του. Καθώς περιστρέφεται, θα πρέπει να αποσυντεθεί, να ρίχνει αστέρια και αέριο προς κάθε κατεύθυνση. Είτε ένας σπειροειδής γαλαξίας, όπως ο Γαλαξίας, παραβιάζει τους νόμους της βαρύτητας, είτε το φως που απορρέει από αυτό - από τα τεράστια λαμπερά σύννεφα του φυσικού αερίου και τα μυριάδα αστέρια - είναι μια ανακριβής ένδειξη της μάζας του γαλαξία.
Αλλά τι γίνεται αν κάποια μάζα μιας γαλαξίας δεν ακτινοβολούσε το φως; Εάν οι σπειροειδείς γαλαξίες περιέχουν αρκετά τέτοια μυστική μάζα, τότε θα μπορούσαν να υπακούσουν στους νόμους της βαρύτητας. Οι αστρονόμοι αποκαλούσαν την αόρατη μάζα «σκοτεινή ύλη».
"Κανείς δεν μας είπε ότι όλη η ύλη ακτινοβολούσε", δήλωσε ο Βέρα Ρούμπιν, αστρονόμος των οποίων οι παρατηρήσεις των περιστροφών των γαλαξιών έδωσαν στοιχεία για τη σκοτεινή ύλη. "Υποθέσαμε ότι το έκανε."
Η προσπάθεια κατανόησης της σκοτεινής ύλης καθόριζε μεγάλο μέρος της αστρονομίας για τις επόμενες δύο δεκαετίες. Οι αστρονόμοι μπορεί να μην ξέρουν τι είναι η σκοτεινή ύλη, αλλά υποθέτοντας ότι η παρουσία τους επέτρεψε να ακολουθήσουν με νέο τρόπο μια αιώνια ερώτηση: Ποια είναι η μοίρα του σύμπαντος;
Ήξεραν ήδη ότι το σύμπαν επεκτείνεται. Το 1929, ο αστρονόμος Edwin Hubble είχε ανακαλύψει ότι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνθηκαν από εμάς και ότι όσο πιο μακριά πήραν, τόσο πιο γρήγορα φάνηκαν να υποχωρούν.
Αυτή ήταν μια ριζοσπαστική ιδέα. Αντί για την αριστοκρατική, αιώνια αμετάβλητη νεκρή φύση που το σύμπαν έμοιαζε κάποτε, ήταν πραγματικά ζωντανό στο χρόνο, σαν μια ταινία. Η αναδίπλωση της ταινίας της επέκτασης και το σύμπαν θα φτάσουν τελικά σε μια κατάσταση άπειρης πυκνότητας και ενέργειας - που οι αστρονόμοι αποκαλούν το Big Bang. Αλλά τι γίνεται αν χτυπάς γρήγορα; Πώς θα τελειώσει η ιστορία;
Το σύμπαν είναι γεμάτο από ύλη και η ύλη προσελκύει άλλα θέματα μέσω της βαρύτητας. Οι αστρονόμοι υποστήριξαν ότι η αμοιβαία έλξη ανάμεσα σε όλη αυτή την ύλη πρέπει να επιβραδύνει την επέκταση του σύμπαντος. Αλλά δεν ήξεραν τι θα ήταν το τελικό αποτέλεσμα. Η βαρυτική επίδραση θα ήταν τόσο έντονη ώστε το σύμπαν τελικά να τεντώσει μια ορισμένη απόσταση, να σταματήσει και να αντιστραφεί, όπως μια μπάλα που ρίχτηκε στον αέρα; Ή μήπως θα ήταν τόσο ελαφριά ώστε το σύμπαν να ξεφύγει από το χέρι του και να μην σταματήσει ποτέ να επεκτείνεται, όπως ένας πύραυλος που αφήνει την ατμόσφαιρα της Γης; Ή ζούσαμε σε ένα εξαιρετικά ισορροπημένο σύμπαν, στο οποίο η βαρύτητα εξασφαλίζει ένα βαθμό εξάπλωσης του Goldilocks ούτε πολύ γρήγορα ούτε πολύ αργά, έτσι ώστε το σύμπαν τελικά έφτασε σε ένα εικονικό σταμάτημα;
Υποθέτοντας την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης και ότι ο νόμος της βαρύτητας είναι καθολικός, δύο ομάδες αστροφυσικών - μία με επικεφαλής τον Saul Perlmutter στο Εθνικό Εργαστήριο του Lawrence Berkeley και η άλλη από τον Brian Schmidt στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας - του σύμπαντος. Καθ 'όλη τη δεκαετία του '90 οι αντίπαλες ομάδες ανέλυσαν λεπτομερώς μια σειρά από εκρηκτικά αστέρια ή σουπερνόβα, χρησιμοποιώντας αυτά τα ασυνήθιστα φωτεινά, βραχύβια μακρινά αντικείμενα για να μετρήσουν την ανάπτυξη του σύμπαντος. Ήξεραν πόσο λαμπερά θα έπρεπε να εμφανίζονται τα σουπερνόβα σε διάφορα σημεία του σύμπαντος, αν ο ρυθμός επέκτασης ήταν ομοιόμορφος. Συγκρίνοντας πόσο φωτεινότεροι οι υπερκαινοφανείς εμφανίστηκαν στην πραγματικότητα, οι αστρονόμοι σκέφτονται ότι θα μπορούσαν να καθορίσουν πόσο η επιβράδυνση της επέκτασης του σύμπαντος επιβραδύνθηκε. Αλλά για την έκπληξη των αστρονόμων, όταν φαινόταν μέχρι το μισό του κόσμου, έξι ή επτά δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, διαπίστωσαν ότι οι υπερκαινοφανείς δεν ήταν πιο φωτεινές - και επομένως πιο κοντά - από ό, τι αναμενόταν. Ήταν πιο αδύνατο - δηλαδή πιο απομακρυσμένο. Οι δύο ομάδες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η επέκταση του σύμπαντος δεν επιβραδύνεται. Επιταχύνει.
Οι συνέπειες αυτής της ανακάλυψης ήταν σημαντικές: αυτό σήμαινε ότι η κυρίαρχη δύναμη στην εξέλιξη του σύμπαντος δεν είναι βαρύτητα. Είναι ... κάτι άλλο. Και οι δύο ομάδες ανακοίνωσαν τα ευρήματά τους το 1998. Ο Turner έδωσε το "κάτι" ένα ψευδώνυμο: σκοτεινή ενέργεια. Έχει κολλήσει. Από τότε, οι αστρονόμοι έχουν επιδιώξει το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας στα άκρα της Γης - κυριολεκτικά.
"Ο Νότιο Πόλο έχει το σκληρότερο περιβάλλον στη Γη, αλλά και το πιο καλοήθη", λέει ο William Holzapfel, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο αστροφυσικό του Μπέρκλεϊ, ο οποίος ήταν ο επί τόπου επικεφαλής ερευνητής στο Θέατρο Νότιας Πόλης (SPT) όταν επισκέφθηκα.
Δεν μιλούσε για τις καιρικές συνθήκες, αν και την εβδομάδα μεταξύ των Χριστουγέννων και της Πρωτοχρονιάς - στις αρχές του καλοκαιριού στο Νότιο Ημισφαίριο - ο Ήλιος έλαμπε όλο το 24ωρο, οι θερμοκρασίες ήταν μόλις μείον μεμονωμένα ψηφία (και μια μέρα έσπασε ακόμα και το μηδέν ), και ο άνεμος ήταν κυρίως ήρεμος. Ο Holzapfel έκανε τη βόλτα από το σταθμό Southpole του Amundsen-Scott του Εθνικού Επιστημονικού Ιδρύματος (ένα χιονοστιβάδας από τον παραδοσιακό χώρο του ίδιου του πόλου, το οποίο φέρει, ναι, πόλο) στο τηλεσκόπιο που φορούσε τζιν και παπούτσια. Ένα απόγευμα το εργαστηριακό κτίριο του τηλεσκόπιο έγινε τόσο ζεστό που το πλήρωμα στήριξε μια πόρτα.
Από την πλευρά του αστρονόμου, όμως, μέχρι να πέσει ο Ήλιος και να παραμείνει κάτω από τον Μάρτιο μέχρι τον Σεπτέμβριο, ο Νότιο Πόλο θα γίνει "καλοήθης".
"Είναι έξι μήνες αδιάλειπτων δεδομένων", λέει ο Holzapfel. Κατά τη διάρκεια του 24ωρου σκοταδιού του Αυστραλιανού φθινοπώρου και του χειμώνα, το τηλεσκόπιο λειτουργεί ασταμάτητα κάτω από άψογες συνθήκες για την αστρονομία. Η ατμόσφαιρα είναι λεπτή (ο στύλος είναι πάνω από 9.300 πόδια πάνω από τη στάθμη της θάλασσας, εκ των οποίων 9.000 είναι πάγος). Η ατμόσφαιρα είναι επίσης σταθερή, λόγω της απουσίας των αποτελεσμάτων θέρμανσης και ψύξης ενός ανερχόμενου και δύσκολου Sun. ο πόλος έχει μερικούς από τους πιο ήρεμους ανέμους της γης και σχεδόν πάντα φυσούν από την ίδια κατεύθυνση.
Ίσως το πιο σημαντικό για το τηλεσκόπιο, ο αέρας είναι εξαιρετικά ξηρός. Τεχνικά, η Ανταρκτική είναι έρημος. (Τα χέρια στα χέρια μπορούν να πάρουν εβδομάδες για να θεραπευτούν, και ο ιδρώτας δεν είναι πράγματι θέμα υγιεινής, οπότε ο περιορισμός σε δύο ντους ανά εβδομάδα για τη διατήρηση του νερού δεν είναι πολύ πρόβλημα. πίσω στο τελωνείο στο Christchurch [Νέα Ζηλανδία], τότε θα χρειαστείτε ένα ντους. ") Το SPT ανιχνεύει τα μικροκύματα, ένα μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στους υδρατμούς. Ο υγρός αέρας μπορεί να απορροφήσει τα μικροκύματα και να τους αποτρέψει από το να φτάσουν στο τηλεσκόπιο και η υγρασία εκπέμπει τη δική του ακτινοβολία, η οποία θα μπορούσε να θεωρηθεί ως κοσμικά σήματα.
Για να ελαχιστοποιηθούν αυτά τα προβλήματα, οι αστρονόμοι που αναλύουν τα μικροκύματα και τα υπομυελομετρικά κύματα έχουν κάνει το Νότιο Πόλο δεύτερο σπίτι. Τα όργανα τους βρίσκονται στον Dark Sector, ένα σφιχτό σύμπλεγμα κτιρίων όπου το φως και άλλες πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κρατιούνται στο ελάχιστο. (Σε κοντινή απόσταση βρίσκεται ο Ήσυχος Τομέας, για τη σεισμολογική έρευνα και ο Κλάδος Καθαρού Αερολιμένα για κλιματικά έργα).
Οι αστρονόμοι θέλουν να πούμε ότι για πιο παρθένες συνθήκες παρατηρήσεως, θα έπρεπε να πάνε στον εξωτερικό χώρο - μια εκθετικά πιο δαπανηρή πρόταση και αυτή που γενικά δεν επιθυμεί να ασκήσει η NASA εκτός αν η επιστήμη δεν μπορεί εύκολα να γίνει στη Γη. (Ένας δορυφόρος σκοτεινής ενέργειας βρίσκεται πάνω και έξω από το σχεδιαστή από το 1999 και πέρυσι πήγε «πίσω στην πλατεία», σύμφωνα με έναν σύμβουλο της NASA.) Τουλάχιστον στη Γη, εάν κάτι πάει στραβά με ένα όργανο, δεν χρειάζεται να παραγγείλετε ένα διαστημικό λεωφορείο για να το διορθώσετε.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν διατηρήσει μια ετήσια παρουσία στον πόλο από το 1956, και μέχρι τώρα το Αμερικανικό Ανταρκτικό Πρόγραμμα του Εθνικού Ιδρύματος Επιστήμης έχει φέρει τη ζωή εκεί κάτω, καλά, μια επιστήμη. Μέχρι το 2008, ο σταθμός στεγάστηκε σε γεωδαιτικό θόλο, του οποίου το στέμμα είναι ακόμα ορατό πάνω από το χιόνι. Ο νέος σταθμός βάσης μοιάζει με ένα μικρό κρουαζιερόπλοιο περισσότερο από ένα απομακρυσμένο φυλάκιο και κοιμάται πάνω από 150, όλα σε ιδιωτικά καταλύματα. Μέσα από τις θυρίδες που ευθυγραμμίζουν τους δύο ορόφους, μπορείτε να σκεφτείτε έναν ορίζοντα ως υπνωτικό επίπεδο όπως κάθε ωκεανό. Ο νέος σταθμός ανήκει στους ανελκυστήρες που, όπως συσσωρεύεται το χιόνι, επιτρέπουν σε αυτό να ανασηκωθούν δύο πλήρεις ιστορίες.
Η χιονοστιβάδα σε αυτή την εξαιρετικά άγονη περιοχή μπορεί να είναι ελάχιστη, αλλά αυτό που φυσάει από τις άκρες της ηπείρου μπορεί ακόμα να κάνει ένα χάος, δημιουργώντας ένα από τα πιο κοσμικά καθήκοντα του χειμερινού πληρώματος της SPT. Μια φορά την εβδομάδα κατά τη διάρκεια των σκοτεινών μηνών, όταν ο πληθυσμός των σταθμών συρρικνώνεται σε περίπου 50, οι δύο επί τόπου ερευνητές SPT πρέπει να αναρριχηθούν στο τρυβλίο μικροκυμάτων πλάτους 33 ποδιών και να το καθαρίσουν. Το τηλεσκόπιο συγκεντρώνει δεδομένα και τα στέλνει στα επιτραπέζια υπολογιστικά συστήματα των μακρινών ερευνητών. Οι δύο "χειμωνιάτικες" περνούν τις ημέρες τους εργάζονται στα δεδομένα, επίσης, την αναλύουν σαν να ήταν πίσω στο σπίτι. Αλλά όταν το τηλεσκόπιο χτυπά μια σφάλμα και ένας ήχος συναγερμού στους φορητούς υπολογιστές τους ακούγεται, πρέπει να καταλάβουν τι είναι το πρόβλημα - γρήγορα.
"Μια ώρα διακοπής είναι χιλιάδες δολάρια χαμένου χρόνου παρατήρησης", λέει ο Keith Vanderlinde, ένας από τους δύο χειμερινούς μήνες του 2008. "Υπάρχουν πάντα μικρά πράγματα. Ένας ανεμιστήρας θα σπάσει επειδή είναι τόσο στεγνός εκεί κάτω, όλη η λίπανση εξαφανίζεται. Και τότε ο υπολογιστής θα υπερθερμανθεί και θα απενεργοποιηθεί, και ξαφνικά είμαστε κάτω και δεν έχουμε ιδέα γιατί. "Σε αυτό το σημείο, το περιβάλλον ίσως να μην φαίνεται τόσο" καλοήθη "μετά από όλα. Καμία πτήση δεν πηγαίνει στο ή από το Νότιο Πόλο από τον Μάρτιο μέχρι τον Οκτώβριο (το πετρέλαιο ενός αεροπλάνου θα ζελατινοποιείται), οπότε αν οι χειμωνιάτικες μετακινήσεις δεν μπορούν να διορθώσουν ό, τι έχει σπάσει, παραμένει σπασμένο - κάτι που δεν έχει συμβεί ακόμα.
Περισσότερο από τις περισσότερες επιστήμες, η αστρονομία εξαρτάται από την αίσθηση της όρασης. πριν οι αστρονόμοι μπορούν να επαναδημοσιεύσουν το σύμπαν στο σύνολό του, πρέπει πρώτα να καταλάβουν πώς να αντιληφθούν τα σκοτεινά μέρη. Η γνώση της σκοτεινής ύλης θα βοηθήσει τους επιστήμονες να σκεφτούν πώς διαμορφώνεται η δομή του σύμπαντος. Η γνώση της σκοτεινής ενέργειας θα βοηθήσει τους επιστήμονες να σκεφτούν πώς εξελίχθηκε αυτή η δομή με την πάροδο του χρόνου και πώς θα συνεχίσει να εξελίσσεται.
Οι επιστήμονες έχουν δύο υποψήφιους για τη σύνθεση της σκοτεινής ύλης - υποθετικά σωματίδια που ονομάζονται ουδέτερανος και αξόνια. Για τη σκοτεινή ενέργεια, ωστόσο, η πρόκληση είναι να μην καταλάβουμε τι είναι, αλλά τι είναι. Συγκεκριμένα, οι αστρονόμοι θέλουν να μάθουν εάν η σκοτεινή ενέργεια αλλάζει στο διάστημα και στο χρόνο ή αν είναι σταθερή. Ένας τρόπος να μελετηθεί είναι να μετρηθούν οι αποκαλούμενες ακουστικές ταλαντώσεις του βαρυονίου. Όταν το σύμπαν ήταν ακόμα στα σπάργανα, μόλις 379.000 ετών, ψύχθηκε επαρκώς για να ξεχωρίσει από τα φωτόνια (πακέτα φωτός) τα βαρυόνια (σωματίδια κατασκευασμένα από πρωτόνια και νετρόνια). Αυτός ο διαχωρισμός άφησε πίσω του ένα αποτύπωμα που ονομάζεται κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, το οποίο μπορεί ακόμα να ανιχνευθεί σήμερα. Περιλαμβάνει ηχητικά κύματα ("ακουστικές ταλαντώσεις") που περνούσαν από το νηπιακό σύμπαν. Οι κορυφές αυτών των ταλαντώσεων αντιπροσωπεύουν περιοχές που ήταν ελαφρώς πυκνότερες από το υπόλοιπο σύμπαν. Και επειδή η ύλη προσελκύει την ύλη μέσω της βαρύτητας, αυτές οι περιοχές έγιναν ακόμα πιο πυκνές καθώς το σύμπαν ηλικίας συμπλέχθηκε πρώτα στους γαλαξίες και έπειτα σε συστάδες γαλαξιών. Εάν οι αστρονόμοι συγκρίνουν τις αρχικές κοσμικές μικροκυματικές ταλαντεύσεις υποβάθρου με τη διανομή γαλαξιών σε διαφορετικά στάδια της ιστορίας του σύμπαντος, μπορούν να μετρήσουν το ρυθμό της επέκτασης του σύμπαντος.
Μια άλλη προσέγγιση για τον ορισμό της σκοτεινής ενέργειας περιλαμβάνει μια μέθοδο που ονομάζεται βαρυτική φακό. Σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein, μια δέσμη φωτός που ταξιδεύει μέσα στο διάστημα φαίνεται να λυγίζει λόγω της βαρυτικής έλξης της ύλης. (Στην πραγματικότητα, ο ίδιος ο χώρος κάμπτεται και το φως πηγαίνει απλά για τη βόλτα.) Εάν δύο συστάδες γαλαξιών βρίσκονται σε μια μόνο οπτική επαφή, το σύμπλεγμα προσκηνίου θα λειτουργήσει ως φακός που παραμορφώνει το φως που προέρχεται από το σύμπλεγμα φόντου. Αυτή η παραμόρφωση μπορεί να πει στους αστρονόμους τη μάζα του συμπλέγματος νέων στοιχείων. Με τη δειγματοληψία εκατομμυρίων γαλαξιών σε διαφορετικά μέρη του σύμπαντος, οι αστρονόμοι θα πρέπει να είναι σε θέση να εκτιμήσουν τον ρυθμό με τον οποίο οι γαλαξίες έχουν συγκεντρωθεί σε ομάδες με την πάροδο του χρόνου και αυτός ο ρυθμός με τη σειρά τους θα τους πει πόσο γρήγορα επεκτάθηκε το σύμπαν σε διάφορα σημεία της ιστορίας του.
Το Τηλεσκόπιο του Νότου Πόλου χρησιμοποιεί μια τρίτη τεχνική, που ονομάζεται η επίδραση Sunyaev-Zel'dovich, που ονομάζεται για δύο Σοβιετικούς φυσικούς, ο οποίος αντλεί από το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο. Εάν ένα φωτόνιο από το τελευταίο αλληλεπιδρά με το θερμό αέριο σε ένα σύμπλεγμα, παρατηρείται μια ελαφρά αύξηση της ενέργειας. Η ανίχνευση αυτής της ενέργειας επιτρέπει στους αστρονόμους να χαρτογραφήσουν αυτές τις συστάδες και να μετρήσουν την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας στην ανάπτυξή τους σε όλη την ιστορία του σύμπαντος. Αυτό, τουλάχιστον, είναι η ελπίδα. "Πολλοί άνθρωποι στην κοινότητα έχουν αναπτύξει αυτό που νομίζω ότι είναι ένας υγιής σκεπτικισμός. Λένε: «Αυτό είναι υπέροχο, αλλά δείχνουν τα χρήματα», λέει ο Holzapfel. "Και νομίζω μέσα σε ένα ή δύο χρόνια, θα είμαστε σε θέση να το κάνουμε αυτό".
Η ομάδα SPT επικεντρώνεται σε συστάδες γαλαξιών επειδή είναι οι μεγαλύτερες δομές του σύμπαντος, που συχνά αποτελούνται από εκατοντάδες γαλαξίες - είναι ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου. Καθώς η σκοτεινή ενέργεια ωθεί το σύμπαν να επεκταθεί, τα σμήνη των γαλαξιών θα έχουν μεγαλύτερο χρόνο ανάπτυξης. Θα γίνουν πιο απομακρυσμένες από τον άλλο και το σύμπαν θα γίνει ψυχρότερο και πιο μοναχικό.
Συστάδες γαλαξιών "είναι σαν καναρίνια σε ανθρακωρυχείο από άποψη κατασκευής δομών", λέει ο Holzapfel. Αν η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης ή οι ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας άλλαζε, η αφθονία των συστάδων "θα ήταν το πρώτο πράγμα που θα άλλαζε". Το Τηλεσκόπιο του Νότου Πόλου θα πρέπει να μπορεί να παρακολουθεί τις συστάδες των γαλαξιών με την πάροδο του χρόνου. "Μπορείτε να πείτε:" Πριν από τόσα πολλά δισεκατομμύρια χρόνια, πόσες συστάδες υπήρχαν εκεί και πόσοι είναι τώρα; "λέει ο Holzapfel. "Και στη συνέχεια να τα συγκρίνετε με τις προβλέψεις σας".
Ωστόσο, όλες αυτές οι μέθοδοι έρχονται με προειδοποίηση. Θεωρούν ότι κατανοούμε επαρκώς τη βαρύτητα, η οποία δεν είναι μόνο η δύναμη που αντιτίθεται στη σκοτεινή ενέργεια, αλλά είναι και η ίδρυση της φυσικής για τους τελευταίους τέσσερις αιώνες.
Είκοσι φορές το δευτερόλεπτο, ένα λέιζερ ψηλά στα βουνά του Σακραμέντο του Νέου Μεξικού στοχεύει σε παλμό φωτός στη Σελήνη, 239.000 μίλια μακριά. Ο στόχος της δέσμης είναι ένας από τους τρεις ανακλαστήρες μεγέθους βαλίτσας που οι αστροναύτες του Apollo φυτεύτηκαν στην σεληνιακή επιφάνεια πριν από τέσσερις δεκαετίες. Τα φωτόνια από τη δέσμη αναπηδούν από τον καθρέφτη και επιστρέφουν στο Νέο Μεξικό. Συνολικός χρόνος ταξιδιού: 2, 5 δευτερόλεπτα, περισσότερο ή λιγότερο.
Αυτό το "περισσότερο ή λιγότερο" κάνει όλη τη διαφορά. Με το χρονοδιάγραμμα της διαδρομής ταχύτητας φωτός, οι ερευνητές στο Observatory Point Observatory Lunar Laser-Range Operation (APOLLO) μπορούν να μετρήσουν τη στιγμή της απόστασης Γης-Σελήνης σε στιγμή και να χαρτογραφήσουν την τροχιά της Σελήνης με εξαιρετική ακρίβεια. Όπως στην αποκρυφική ιστορία του Galileo που ρίχνει μπάλες από τον Πύργο της Πίζας για να δοκιμάσει την καθολικότητα της ελεύθερης πτώσης, η APOLLO αντιμετωπίζει τη Γη και τη Σελήνη σαν δύο μπάλες που πέφτουν στο βαρυτικό πεδίο του Ήλιου. Ο Mario Livio, ένας αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Επιστήμης του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, το αποκαλεί «απολύτως απίστευτο πείραμα». Εάν η τροχιά της Σελήνης παρουσιάζει την παραμικρή απόκλιση από τις προβλέψεις του Αϊνστάιν, οι επιστήμονες ίσως πρέπει να ξανασκεφτούν τις εξισώσεις του - ύπαρξη σκοτεινής ύλης και σκοτεινής ενέργειας.
"Μέχρι στιγμής, ο Αϊνστάιν κατέχει", λέει ένας από τους επικεφαλής παρατηρητές της APOLLO, ο αστρονόμος Russet McMillan, καθώς το πενταετές έργο της περνάει από το μισό σημείο.
Ακόμη και αν ο Αϊνστάιν δεν κατοικούσε, οι ερευνητές θα έπρεπε πρώτα να εξαλείψουν άλλες δυνατότητες, όπως ένα λάθος στο μέτρο της μάζας της Γης, της Σελήνης ή του Ήλιου, προτού παραδεχτεί ότι η γενική σχετικότητα απαιτεί διορθωτικό. Ακόμα κι έτσι, οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι θεωρούν ότι η βαρύτητα θεωρείται δεδομένη για τους δικούς τους κινδύνους. Υπολόγισαν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης λόγω των βαρυτικών επιδράσεών της στους γαλαξίες και της ύπαρξης σκοτεινής ενέργειας λόγω των αντιβαρυτικών επιδράσεών της στην επέκταση του σύμπαντος. Τι συμβαίνει εάν η υπόθεση που βασίζεται στα δίδυμα συμπεράσματα - ότι γνωρίζουμε πώς λειτουργεί η βαρύτητα - είναι λάθος; Μπορεί μια θεωρία του σύμπαντος να είναι ακόμη πιο ξεπερασμένη από μια σκοτεινή ύλη που θέτει και η σκοτεινή ενέργεια να αποδίδει τα στοιχεία; Για να μάθετε, οι επιστήμονες δοκιμάζουν τη βαρύτητα όχι μόνο σε ολόκληρο τον κόσμο, αλλά και σε όλη την επιφάνεια του πάγκου. Μέχρι πρόσφατα, οι φυσικοί δεν είχαν μετρήσει τη βαρύτητα σε πολύ κοντινή απόσταση.
"Εκπληκτικό, έτσι δεν είναι;" λέει ο Eric Adelberger, συντονιστής πολλών πειραμάτων βαρύτητας που πραγματοποιούνται σε εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, στο Σιάτλ. "Αλλά δεν θα ήταν εκπληκτικό αν προσπαθήσατε να το κάνετε" - αν προσπαθήσατε να δοκιμάσετε τη βαρύτητα σε αποστάσεις μικρότερες από ένα χιλιοστό. Η δοκιμή βαρύτητας δεν είναι απλώς θέμα τοποθέτησης δύο αντικειμένων μεταξύ τους και μέτρηση της έλξης μεταξύ τους. Όλα τα άλλα πράγματα μπορεί να ασκούν βαρυτική επιρροή.
"Υπάρχει μέταλλο εδώ", λέει ο Adelberger, δείχνοντας ένα κοντινό όργανο. "Υπάρχει μια πλαγιά πάνω από την κορυφή" - που φτάνει σε κάποιο σημείο πέρα από το τείχος που περιβάλλει το εργαστήριο. "Υπάρχει μια λίμνη εκεί." Υπάρχει επίσης το επίπεδο των υπόγειων υδάτων στο έδαφος, το οποίο αλλάζει κάθε φορά που βρέχει. Τότε υπάρχει η περιστροφή της Γης, η θέση του Ήλιου, η σκοτεινή ύλη στην καρδιά του γαλαξία μας.
Την περασμένη δεκαετία, η ομάδα του Σιάτλ μέτρησε τη βαρυτική έλξη μεταξύ δύο αντικειμένων σε μικρότερες και μικρότερες αποστάσεις μέχρι 56 μικρά (ή 1/500 της ίντσας), για να βεβαιωθεί ότι οι εξισώσεις του Αϊνστάιν για βαρύτητα είναι αληθινές στις μικρότερες αποστάσεις, πολύ. Μέχρι τώρα, το κάνουν.
Αλλά ακόμη και ο Αϊνστάιν αναγνώρισε ότι η θεωρία της γενικής σχετικότητας δεν εξήγησε εξ ολοκλήρου το σύμπαν. Πέρασε τα τελευταία 30 χρόνια της ζωής του προσπαθώντας να συμβιβάσει τη φυσική του με το μεγάλο με τη φυσική της πολύ μικρής κβαντικής μηχανικής. Αυτός απέτυχε.
Οι θεωρητικοί έχουν καταλήξει σε διάφορες δυνατότητες σε μια προσπάθεια να συμβιβάσουν τη γενική σχετικότητα με την κβαντική μηχανική: παράλληλα σύμπαντα, συγκρουόμενα σύμπαντα, σύμπαντα με φυσαλίδες, σύμπαντα με επιπλέον διαστάσεις, σύμπαντα που αναπαράγονται αιώνια, σύμπαντα που αναπηδούν από Big Bang σε Big Crunch σε Big Κτύπος.
Ο Adam Riess, ένας αστρονόμος που συνεργάστηκε με τον Brian Schmidt για την ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας, λέει ότι κοιτάζει καθημερινά σε μια τοποθεσία στο διαδίκτυο (xxx.lanl.gov/archive/astro-ph) όπου οι επιστήμονες δημοσιεύουν τις αναλύσεις τους για να δουν ποιες νέες ιδέες είναι εκεί έξω. "Οι περισσότεροι από αυτούς είναι αρκετά κακόφημοι", λέει. «Αλλά είναι πιθανό κάποιος να βγει με μια βαθιά θεωρία».
Για όλες τις προόδους της, η αστρονομία αποδεικνύεται ότι δουλεύει κάτω από μια λανθασμένη, αν λογική, υπόθεση: αυτό που βλέπετε είναι αυτό που παίρνετε. Τώρα οι αστρονόμοι πρέπει να προσαρμοστούν στην ιδέα ότι το σύμπαν δεν είναι το υλικό μας - στο μεγάλο σχέδιο των πραγμάτων, το είδος μας και ο πλανήτης μας και ο γαλαξίας μας και ό, τι έχουμε δει ποτέ, είναι ο θεωρητικός φυσικός Lawrence Krauss του κρατικού πανεπιστημίου της Αριζόνα έχει πει, "λίγο από τη ρύπανση."
Ωστόσο, οι κοσμολόγοι τείνουν να μην αποθαρρύνονται. "Τα πραγματικά δύσκολα προβλήματα είναι μεγάλα", λέει ο Michael Turner, "γιατί γνωρίζουμε ότι θα απαιτήσουν μια τρελή νέα ιδέα." Όπως είπε ο Andreas Albrecht, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Davis, σε πρόσφατο συνέδριο για τη σκοτεινή ενέργεια: "Εάν βάλετε την χρονολογική σειρά της ιστορίας της επιστήμης μπροστά μου και θα μπορούσα να επιλέξω οποιονδήποτε χρόνο και πεδίο, αυτό είναι που θα ήθελα να είμαι."
Ο Richard Panek έγραψε για τον Αϊνστάιν για το Smithsonian το 2005. Το βιβλίο του για τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια θα εμφανιστεί το 2011.
Ο Michael Turner δημιούργησε τον όρο "σκοτεινή ενέργεια" το 1998. Κανείς δεν ξέρει τι είναι. (Ευγενική προσφορά του Michael Turner) 
Οι επιστήμονες που εργάζονται στο Νότιο Πόλο παραμένουν σε μια εγκατάσταση που στηρίζεται σε ξυλοπόδαρα που ανυψώνονται καθώς συσσωρεύεται χιόνι. (Keith Vanderlinde / Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών) 
Η μηχανική Dana Hrubes προσαρμόζει μια μπαταρία στη μονάδα South Pole. (Calee Allen / Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών) 
Χωρίς πτήσεις αεροσκαφών κατά τη διάρκεια του σκοτεινότερου μισού του έτους, οι ερευνητές φροντίζουν τον εαυτό τους καλλιεργώντας φρέσκα λαχανικά υπό τεχνητό φως. (Brien Barnett / Ήλιος της Ανταρκτικής) 
Μακριά από το ξένο φως και βυθίστηκε σε σκοτεινό μήνα, το τηλεπικοινωνιακό τηλεσκόπιο της Νότιας Πόλης της Ανταρκτικής είναι ένα από τα καλύτερα μέρη στη Γη για να παρατηρήσει το υπόλοιπο σύμπαν. (Keith Vanderlinde / Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών) 
Για να το θέσουμε με λίγα λόγια, το σύμπαν ξεκίνησε με το Big Bang πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια, γρήγορα διογκώθηκε και εξακολουθεί να επεκτείνεται σήμερα. (Επιστημονική Ομάδα της NASA / WMAP) 
Αντί να επιβραδύνει, λένε οι επιστήμονες, η επέκταση επιταχύνθηκε, οδηγείται από τη σκοτεινή ενέργεια. Αυτός ο χάρτης των θερμών σημείων σε ολόκληρο το νηπιακό σύμπαν δείχνει πού η ύλη αργότερα συγκεντρώθηκε και έδωσε αφορμή για γαλαξίες. (Επιστημονική Ομάδα της NASA / WMAP) 
Αστρονόμοι όπως ο Russet McMillan χρησιμοποιούν τη βαρύτητα στο κυνήγι τους για σκοτεινή ενέργεια. (Gretchen Van Doren) 
Οι επιστήμονες στο Observatory Point Apache στο Νέο Μεξικό επιδιώκουν επανειλημμένα μια ακτίνα λέιζερ στο φεγγάρι και χρόνο επιστροφής του φωτός στη Γη, δίνοντάς τους την απόσταση της Σελήνης μέσα σε ένα χιλιοστό. (Gretchen Van Doren / Κοινοπραξία Αστροφυσικής Έρευνας) 
Το μέτρο της βαρυτικής έλξης μεταξύ της Γης και της Σελήνης βοηθά τους αστρονόμους να ορίζουν τη σκοτεινή ενέργεια. (Tom Murphy) 
Οι αστροναύτες τοποθέτησαν αυτόν τον ανακλαστήρα στο φεγγάρι το 1969. (NASA)
