Ukázalo se, že vesmír se mýlil

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Kosmologové stojí před vážným vědeckým problémem, který ukazuje na nedokonalost lidských znalostí o vesmíru. Složitost se týká tak zdánlivě triviální věci, jako je rychlost rozpínání vesmíru. Faktem je, že různé metody označují různé významy – a zatím nikdo nedokáže vysvětlit podivný rozpor.

Kosmické tajemství

V současnosti standardní kosmologický model „Lambda-CDM“(ΛCDM) nejpřesněji popisuje vývoj a strukturu vesmíru. Podle tohoto modelu má vesmír nenulovou kladnou kosmologickou konstantu (člen lambda) způsobující zrychlenou expanzi. Kromě toho ΛCDM vysvětluje pozorovanou strukturu CMB (kosmické mikrovlnné pozadí), rozložení galaxií ve vesmíru, množství vodíku a dalších lehkých atomů a samotnou rychlost rozpínání vakua. Závažný rozdíl v rychlosti expanze však může naznačovat nutnost radikální změny modelu.

Teoretický fyzik Vivian Poulin z francouzského Národního centra pro vědecký výzkum a Laboratoře pro vesmír a částice v Montpellier tvrdí, že to znamená následující: v mladém vesmíru se stalo něco důležitého, o čem zatím nevíme. Možná to byl jev spojený s neznámým typem temné energie nebo novým druhem subatomárních částic. Pokud to model zohlední, nesrovnalost zmizí.

Na pokraji krize

Jedním ze způsobů, jak určit rychlost rozpínání vesmíru, je studium mikrovlnného pozadí – reliktního záření, které vzniklo 380 tisíc let po velkém třesku. ΛCDM lze použít k odvození Hubbleovy konstanty měřením velkých fluktuací v CMB. Ukázalo se, že se rovná 67, 4 kilometrům za sekundu na každý megaparsek, tedy asi 3 milionům světelných let (při takové rychlosti se objekty od sebe vzdalují na vhodnou vzdálenost). V tomto případě je chyba pouze 0,5 kilometru za sekundu za megaparsek.

Pokud jinou metodou dostaneme přibližně stejnou hodnotu, pak to potvrdí platnost standardního kosmologického modelu. Vědci měřili zdánlivý jas standardních svíček - objektů, jejichž svítivost je vždy známa. Takovými objekty jsou například supernovy typu Ia – bílí trpaslíci, kteří již nemohou absorbovat hmotu z velkých doprovodných hvězd a explodují. Podle zdánlivého jasu standardních svíček můžete určit vzdálenost k nim. Paralelně můžete měřit rudý posuv supernov, tedy posun vlnových délek světla do červené oblasti spektra. Čím větší je červený posuv, tím větší je rychlost, s jakou je objekt od pozorovatele odstraněn.

Je tedy možné určit rychlost expanze vesmíru, která se v tomto případě rovná 74 kilometrům za sekundu na každý megaparsek. To neodpovídá hodnotám získaným z ΛCDM. Je však nepravděpodobné, že by nesrovnalost mohla vysvětlit chyba měření.

Podle Davida Grosse z Kavli Institute for Theoretical Physics na Kalifornské univerzitě v Santa Barbaře by se takový rozpor v částicové fyzice nedal nazvat problémem, ale krizí. Řada vědců však s tímto hodnocením nesouhlasila. Situaci zkomplikovala další metoda, která rovněž vychází ze studia raného Vesmíru, a to baryonické akustické oscilace - oscilace v hustotě viditelné hmoty vyplňující raný Vesmír. Tyto vibrace jsou způsobeny plazmovými akustickými vlnami a mají vždy známé rozměry, takže vypadají jako standardní svíčky. V kombinaci s dalšími měřeními dávají Hubbleovu konstantu konzistentní s ΛCDM.

Nový model

Existuje možnost, že vědci udělali chybu při použití supernov typu Ia. Chcete-li určit vzdálenost ke vzdálenému objektu, musíte postavit žebřík vzdálenosti.

První příčkou tohoto žebříčku jsou cefeidy - proměnné hvězdy s přesným vztahem mezi periodou a svítivostí. Cefeidy lze použít k určení vzdálenosti k nejbližším supernovám typu Ia. V jedné ze studií byli místo cefeid využiti rudí obři, kteří v určité fázi života dosahují maximální jasnosti – je to stejné pro všechny rudé obry.

Výsledkem bylo, že Hubbleova konstanta byla 69,8 kilometrů za sekundu za megaparsek. Žádná krize neexistuje, říká Wendy Freedmanová z University of Chicago, jedna z autorek článku.

Ale i toto tvrzení bylo zpochybněno. Spolupráce H0LiCOW měřila Hubbleovu konstantu pomocí gravitační čočky, což je efekt, ke kterému dochází, když masivní těleso ohýbá paprsky ze vzdáleného objektu za ním. Tím posledním by mohly být kvasary – jádra aktivních galaxií napájených supermasivní černou dírou. Díky gravitačním čočkám se může objevit několik obrazů jednoho kvasaru najednou. Měřením blikání těchto snímků vědci odvodili aktualizovanou Hubbleovu konstantu 73,3 kilometrů za sekundu za megaparsek. Zároveň vědci až do poslední chvíle neznali možný výsledek, což vylučuje možnost podvodu.

Výsledek měření Hubbleovy konstanty z přírodních maserů vzniklých při rotaci plynu kolem černé díry se ukázal jako 74 kilometrů za sekundu za megaparsek. Jiné metody dávaly 76,5 a 73,6 kilometrů za sekundu za megaparsek. Problémy také vznikají při měření rozložení hmoty ve vesmíru, protože gravitační čočka dává jinou hodnotu ve srovnání s měřením mikrovlnného pozadí.

Pokud se ukáže, že nesrovnalost není způsobena chybami měření, pak bude zapotřebí nová teorie vysvětlující všechna aktuálně dostupná data. Jedním z možných řešení je změnit množství temné energie způsobující zrychlené rozpínání vesmíru. Ačkoli většina vědců je pro to, aby se fyzika obešla bez aktualizace, problém zůstává nevyřešen.