W najprostszej wersji tej teorii gęstość tej ciemnej energii nie zmieniła się w historii wszechświata, więc fizycy nazywają ją stałą kosmologiczną. Nie wymaga to żadnych zmian w grawitacji – co jest dobre, ponieważ grawitacja została dobrze przetestowana wewnątrz Układu Słonecznego.
Idea stałej kosmologicznej pasuje do obserwacji szerszego wszechświata, ale ma pewne teoretyczne trudności. Ciemna energia jest około 120 rzędów wielkości słabsza niż teoretycy obliczają, że powinna być (SN Online: 11/18/13), niedopasowanie, które sprawia naukowcom dyskomfort.
Również różne metody pomiaru tempa ekspansji wychodzą z nieco innymi liczbami (SN: 8/6/16, s. 10). Pomiary oparte na eksplodujących gwiazdach sugerują, że odległe galaktyki rozpędzają się od siebie z prędkością 73 kilometrów na sekundę na każdy megaparsek (około 3,3 miliona lat świetlnych) przestrzeni między nimi. Jednak obserwacje oparte na kosmicznym tle mikrofalowym, starożytnym świetle, które koduje informacje o warunkach panujących we wczesnym Wszechświecie, stwierdziły, że tempo ekspansji wynosi 67 km/s na megaparsek. Niezgodność sugeruje, że albo jeden z pomiarów jest błędny, albo teoria stojąca za ciemną energią wymaga poprawek.
Zamiast więc powoływać się na substancję przeciwdziałającą grawitacji, teoretycy próbowali wyjaśnić rozszerzający się wszechświat poprzez osłabienie samej grawitacji. Wszelkie modyfikacje grawitacji muszą pozostawić Układ Słoneczny w stanie nienaruszonym. „Dość trudno jest zbudować teorię, która przyspiesza wszechświat i jednocześnie nie psuje układu słonecznego” – mówi kosmolog Tessa Baker z Uniwersytetu w Oksfordzie, współautorka jeszcze innej pracy.
Teorie te przybierają setki form. „To pole zmodyfikowanych teorii grawitacji to zoo”, mówi Baker. Niektóre sugerują, że grawitacja wycieka w dodatkowe wymiary przestrzeni i czasu. Wiele innych tłumaczy szybkie rozprzestrzenianie się wszechświata poprzez dodanie innej tajemniczej istoty – być może jakiejś nieznanej cząstki – która wyczerpuje siłę grawitacji w miarę rozwoju wszechświata.
Ale ten nowy byt miałby jeszcze jeden istotny efekt: mógłby spowolnić prędkość fal świetlnych, podobnie jak światło wolniej przemieszcza się przez wodę niż przez powietrze. Oznacza to, że najlepsze alternatywy dla ciemnej energii wymagały, aby fale grawitacyjne podróżowały szybciej niż światło – a tak nie jest.
Justin Khoury, fizyk teoretyczny z University of Pennsylvania, który pracował nad kilkoma alternatywnymi teoriami grawitacji, ale nie był zaangażowany w nowe prace, był zaskoczony, że jedna obserwacja fal grawitacyjnych wykluczyła tak wiele teorii na raz. Trudno go jednak uznać za rozczarowanego.
„Fakt, że dowiadujemy się czegoś o ciemnej energii dzięki temu pomiarowi jest niesamowicie ekscytujący” – mówi.
Obserwacja fal grawitacyjnych i fal świetlnych w tym samym czasie oferuje trzeci, niezależny sposób pomiaru tempa rozszerzania się Wszechświata. Na razie tempo to leży frustrująco dokładnie pomiędzy dwoma sprzecznymi pomiarami, które naukowcy już mieli, na poziomie 70 km/s na megaparsek. Ale wciąż jest nieprecyzyjne. Kiedy LIGO i inne obserwatoria zaobserwują jeszcze 10 lub 20 zderzeń gwiazd neutronowych, naukowcy powinni być w stanie określić, który pomiar jest poprawny i stwierdzić, czy ciemna energia potrzebuje aktualizacji, mówi Zumalacárregui.
