3D mapa z projektu BOSS. Kredit: Jeremy Tinker and the SDSS-III collaboration.

Slavný model Lambda-CDM je standardní kosmologický model, který popisuje evoluci vesmíru od jeho vzniku v extrému velkého třesku a růst kosmických struktur. Zahrnuje chladnou temnou hmotu, běžnou hmotu a záření, a také přízračné lambda, tedy kosmologickou konstantu, která vyjadřuje temnou energii.

Tenhle model vcelku úspěšně vysvětluje řadu kosmologických pozorování, včetně struktury vesmíru na největších škálách, šokující zrychlování rozpínání vesmíru, a také mikrovlnné reliktní záření, jednu z mála stop, které máme k dispozici z počátku vesmíru. Současně je ale jasné, že Lambda-CDM je kosmologická improvizace, počítá s temnou hmotou a temnou energii, aniž by věděl, co to vlastně je – a zda to vůbec existuje, především v případě temné energie.

Shi-Fan Chen. Kredit: Institute for Advanced Study.

Kosmologové skřípou zuby, že standardní model nevysvětluje kromě temné hmoty a energie i další fenomény jako je kosmologická inflace. V poslední době se také množí pozorování, v nichž se rýsují podezřelé anomálie, jako jsou data z DESI (Dark Energy Survey Instrument), naznačující, že by temná energie mohla být dynamická, problém známý jako Hubble tension, čili rozpor mezi přímým a nepřímým určováním Hubbleovy konstanty nebo třeba Sigma-8 tension, což je patálie s růstem kosmických struktur. Vládnoucí kosmologický model skřípe, stále hlasitěji.

Kosmologický tým, který vedl Shi-Fan Chen z Institute for Advanced Study v New Jersey, nedávno analyzoval model Lambda-CDM a podíval se na zoubek uvedeným problémům. Jak přiznává Chen, motivovala je snaha dát kosmologický model do pořádku, aby pasoval na všechna možná pozorování.

Logo. Kredit: Institute for Advanced Study.

Chen a spol. to pojali velkolepě. Dali dohromady data BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, dataset DR12), soubory galaxií s různým rudým posuvem LOWZ (low-redshift galaxies) a CMASS (high-mass galaxies) a mapy reliktního záření mise Planck s využitím gravitačních čoček. Tento mnohorozměrný soubor dat prohnali výpočty v rámci standardního modelu Lamba-CDM a také modelu s dynamickou temnou energií, odpovídajícímu datům DESI.

Jak to dopadlo? Stručně řečeno, kosmologie má problém. Ani standardní model Lambda-CDM, ani model s dynamickou temnou energií nedokážou plně vysvětlit zmíněný soubor kosmologických dat. Výsledky analýz Chenova týmu jsou také doposud nejsilnějším dokladem problému Sigma-8 tension. Nehnula s tím ani dynamická temná energie. Opravdu se zdá, že něco brzdí růst největších kosmických struktur. Což znamená, že buď máme ošklivé systematické chyby v měřeních či výpočtech anebo se rýsuje nová fyzika.

Bude nutné pořídit spoustu nových pozorování. Pokud divné signály vydrží, dojde na novou fyziku. Chen nestřílí do vlastních řad, těší se na posun fyzikálního paradigmatu a sází na nestandardní temnou hmotu. Odpověď by podle něj mohla přinést axionická temná hmota nebo třeba temná hmota, která interaguje sama se sebou anebo s baryony. Nechme se překvapit!

Video: Does the expansion rate of the Universe CHANGE over time?! | DESI 1 year results

Literatura

Phys.org 3. 1. 2025.

Physical Review Letters 133: 231001.