Současné poznatky o vývoji a složení vesmíru sumarizuje kosmologický model ΛCDM, veřejnosti známý spíše pod jménem standardní model. První písmeno, řecké Lambda, označuje kosmologickou konstantu, prezentující vliv temné energie, která se 74 % podílí na složení vesmíru a způsobuje zrychlování jeho rozpínání. Není to přesně ta samá kosmologická konstanta, jež kdysi Einstein zavedl do rovnic všeobecné relativity, aby řešením byl statický, nerozpínající se vesmír. Tato Lambda rozpínání akceleruje. CDM je zkratka pro Cold Dark Matter, tedy chladnou temnou hmotu, jež představuje 22 % veškeré hmoty (i energie). Zbylé asi 4 % připadají na vše, co jsme schopni na vlnách elektromagnetického záření zaregistrovat. Standardní model je natolik přesvědčivý a zpopularizovaný, že nesouhlasit s ním si od astronoma jistě vyžaduje jistou dávku odvahy, jako vždy, když se vzdoruje hlavnímu proudu.
Mezi rebely, kteří varují před přílišnou jistotou a hledají možnosti, jak z obrazu vesmíru vygumovat znepokojující temnou hmotu a ještě problematičtější temnou energii patří dva britští astrofyzikové z Durhamské university (Durham University) - astrofyzik profesor Tom Shanks a jeho doktorand Utane Sawangwit. Na mušku si vzali měření mikrovlnného kosmického pozadí, které již bezmála 9 let poskytuje sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Právě detaily v tomto tepelném otisku Big Bangu představují jeden z nosných pilířů teorie ΛCDM. Shanks udělal již dva pokusy tato měření zpochybnit.
Ten novější se týká prověření, jakou mírou jsou ve výsledném obraze mikrovlnného pozadí vyhlazené, neboli „rozprostřené“ nehomogenity. Pro toto testování si oba vědci za kalibrační zdroj nevybrali Jupiter, jako to udělal vědecký tým projektu WMAP, ale vzdálené (bodové) zdroje rádiového záření registrované samotnou sondou WMAP. Vybrali je z katalogu, vyhledali jejich obraz v teplotních mapách vesmíru a analyzovali přesnost úhlového rozlišení těchto zdrojů ve výkonovém spektru mikrovlnného pozadí.
V článku, jenž teď vyšel v časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) Shanks a Sawangwit dokazují, že na třech z pěti frekvencí, ve kterých sonda WMAP mapuje vesmír – v pásmu Q (střední frekvence 41 GHz), V (61 GHz) a W (94 GHz) - jsou obrazy vzdálených, zdrojů rádiového záření, které ze Země se jeví jako bodové, vyhlazené do příliš velkého průmětu. Na mapě mikrovlnného pozadí tak představují rozsáhlejší (větší ne amplitudou, ale v úhlovém zobrazení) anomálie, než by jim ve skutečnosti, podle udávané přesnosti, přináleželo. A právě rozměr těchto drobných nehomogenit v obrazu mikrovlnného pozadí – „čeřin“, jak je autoři nazývají, souvisí se složením vesmíru.
"Když jsme zkontrolovali rádiové zdroje v mikrovlnném pozadí změřeném WMAP, zjistili jsme, že jsou více rozprostřené, než to tým vědců pracujících na projektu WMAP předpokládal“ vysvětluje Shanks " Kdybychom měli pravdu, mělo by to pro kosmologii závažné důsledky."
Pokud je chyba způsobená vyhlazením ve skutečnosti větší, než se předpokládá, znamená to, že výkyvy (fluktuace) naměřené v intenzitě záření mikrovlnného pozadí jsou ve skutečnosti menší, než se jeví. Právě rozměr těchto fluktuací je klíčovým parametrem podporujícím teorii o existenci temné hmoty a temné energie. Slovy Shankse: S menšími „čeřinami“ bychom nemuseli do obrazu vesmíru zavádět exotické pojmy jako temná hmota a temná energie na to, abychom vysvětlili obraz, který vyvstal z analýz měření sondy WMAP.
Je zcela logické, že si britští astrofyzici u svých amerických kolegů, kteří měření WMAP analyzují, nešplhli. Ti za svými výsledky neochvějně stojí a bodové rádiové zdroje, které pro kontrolu kalibrace použili Shanks a Sawangwit, považují za příliš vzdálené a slabé pro výpočet chyb způsobených vyhlazením (plošným rozostřením fluktuací). Proto je nutné brát v úvahu mnoho těchto zdrojů a zprůměrovat je. Tým WMAP nepovažuje tuto metodu za dostatečně průkaznou a přesnou.
Navíc vytýkají Shankovi, že do svých výpočtů nezahrnul vše, co měl a obešel právě krok, který k rozptylu přispívá, ale který je nevyhnutné udělat. Na oplátku i Shanks, i když vědomý si připomínek, trvá na svých závěrech: "Nemyslíme si, že je v tom problém".
Shanks se zjevně nerad smiřuje s tím, že téměř celý vesmír je tvořený něčím, čeho podstata nám uniká v temnotách, ve kterých se nesvítí. S mladým Sawangwitem a čtyřmi dalšími kolegy z Austrálie a Spojených států již koncem loňského roku nanesli na obraz vesmíru další odstín nejistoty – také prostřednictvím článku v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Tentokráte porovnali mapu teplotních fluktuací z měření sondy WMAP s hustotní mapou ze Sloanovy digitální prohlídky oblohy (Sloan Digital Sky Survey - SDSS) s 1,5 milionem zářivých galaxií s rudým posuvem 0,2 < z < 0,9. Vzájemným porovnáváním obou různých obrazů vesmíru hledali míru působení takzvaného Integrovaného Sachsova–Wolfeova (ISW) jevu. ISW efekt se projevuje na energii fotonů, které v době od posledního rozptylu po současnou detekci na Zemi prolétávají velkými gravitačními potenciálovými jámami ve stále rychleji se rozpínajícím prostoru.
Když fotony kosmického mikrovlnného pozadí vlétají do obrovských galaktických kup, jsou jejich gravitací urychlovány, jako kuličky, jež se kutálejí do (potenciálové) jámy. Jejich frekvence se zvýší (modrý posuv). Když pak fotony z kupy vylétají, vše se vykompenzuje a fotony jsou opět tou samou, ale opačně působící gravitací zpomalovány, jejich frekvence se sníží (rudý posuv) na původní hodnotu. To je ale v případě, že se mezigalaktický prostor rozpíná v čase rovnoměrně. Když se ale po dobu prolétání fotonů velkým seskupením (nadkupou) galaxií prostor mezi nimi zvětšuje stále rychleji, nedochází k úplné kompenzaci a foton si po průletu obrovskou nadkupou odnáší o malinko vyšší energii, než by měl bez působení temné energie. Sondou WMAP naměřené mikrovlnné pozadí prý v sobě tento ISW signál ukrývá a tím potvrzuje akceleraci vesmírného rozpínání. Ale právě to se snaží Shanks s kolegy minimálně zpochybnit a tvrdí, že pro podstatnou část galaxií a jejích seskupení je ISW jev nulový, nebo neprůkazný. Alespoň podle analýz změřeného mikrovlnného pozadí.
O co šestice astrofyziků usiluje, prozrazuje věta v závěru článku: „Kdyby ISW efekt ve všeobecnosti chyběl, pak by to mělo velký vliv na kosmologii, protože by to představovalo závažný důkaz svědčící proti urychlování rozpínání vesmíru…“ Tedy by to zpochybnilo nejen standardní model, ale i jakýkoli jiný modifikovaný model, v němž by měnící se gravitace vedla k urychlování expanze.
Shanks se tedy snaží do hry vrátit mnohem jednodušší obraz vesmíru z dob, kdy Einstein přijal důkazy, že se vesmír zvětšuje a zrušil v rovnicích kosmologickou konstantu. Kdoví, jak by se tento věhlasný génius vypořádal s nynějším standardním modelem, jenž nám umožňuje přímo zkoumat jenom zoufale malý podíl vesmírné podstaty a i z něho by mělo postupně ubývat, jak bude zvětšujícím se prostorem unášen za horizont viditelnosti. Přiznejme si, že i nám laikům by možná trochu odlehlo, kdyby měl Shanks pravdu, protože to převládající neznámo je deprimující. My, kteří nemáme možnost proniknout do všech odborných pro a proti, jednoduše akceptujeme standardní model na základě mnohých mediálních zpráv, jež v absolutní převaze jeho platnost podporují. Opačný názor, vyslovený příliš nahlas někým, kdo by měl dobře rozumět všem souvislostem, je zřídkavý. Nemusí být zcela správný, ale pokud autor korektně dodržel pravidla hry na vědu a nesnažil se o kýžený výsledek za každou cenu, pak je jeho práce přínosem. Nutí k zamyšlení a prověření jeho závěrů i zpochybňované metodiky, nebo i celé teorie. Podle mediální zprávy Durhamské university „je důkaz pro existenci temné hmoty slabší, než byl v třicátých letech 20. století, kdy Fritz Zwicky jako první odhalil problém „chybějící hmoty“ v centrech velkých galaktických kup. Pozorování rentgenových satelitů jako jsou Chandra a XMM-Newton však svědčí o velkém množství horkého plynu v těchto kupách galaxií, ale i samotné galaxie a hvězdy snížily nesoulad způsobený chybějící hmotou (temnou hmotou) deset až sto násobně!“
Zmíněné články v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: první z června 2010, druhý z prosince 2009 .
Zdroje: Press Release Durham University
Diskuze:
Jakub Šenkýř,2010-06-29 21:56:26
Bohužel, částiče světla, tj. fotony, mají nulovou klidovou hmotnost a tedy se nedá říct, že "jsou energie, takže jsou vlastně hmota".
Kdyžtak mě někdo opravte ;-)
Jsou energie -> jsou hmota
Josef Skramusky,2010-07-05 23:09:41
Citace z wiki:
Na základě relativistického vztahu ekvivalence energie a hmotnosti, tzn. "E = mc2" lze fotonu přiřadit také určitou hmotnost (nejedná se však o klidovou hmotnost, která je nulová, ale o pohybovou hmotnost), projevující se setrvačnými i gravitačními vlastnostmi. Tato energie (a tedy i hmotnost) způsobuje, že na foton působí gravitace dle obecné teorie relativity a on sám gravitačně působí na okolí. Tyto jevy byly potvrzeny pozorováním (např. pozorovaným ohybem záření kolem kosmických těles).
http://cs.wikipedia.org/wiki/Foton
Ovšem co se týká hustoty fotonů ve vesmíru nevim zda je dostatečná na vysvětlení temné energie, navíc jsou myslím celkem dobře vidět ;^)
Není Temná hmota vlastně energie ve formě světla?
Jerry Havlik,2010-06-28 08:23:58
Přeci jen se zapomíná na to že ve vesmíru nejsou jen galaxie apod tj."standartní" hmota ale i hodně světla - a jak známo stejně jako je hmota formou energie a tudíž odvozeně i formou světla tak i světlo je formou energie a tudíž odvozeně i formou hmoty.
A ve vesmíru je velmi hodně světla , pro představu: stačí se postavit na jakékoliv "místo" ve vesmíru a člověk je doslova zahlcen obrazem veškerého vesmíru ze všech jeho i těch nejvzdálenějších částí což neznamená vpodstatě nic jiného než v onen okamžik je ono jedno místo doslova "nacpáno" tímto světlem jakožto nosičem obrazu/informace a tudíž i hmotou ve formě světla a pokud si uvědomíme prostorovou velikost vesmíru tak musíme dospět k názoru že je doslova nacpán hmotou ve formě světla (z hlediska klasické fyziky) neboli Temnou hmotou.
Nobelovku mi můžete poslat poštou .-)
Shanks
Petr Ka,2010-06-18 09:06:18
Zajímalo by mě, kde se berou zákulisní informace? Nestačí byt matfyzák, ale musíte mít přístup ... (a čas). Vždy jde o to si udělat jméno (vždy to tak alespoň vypadá). Obrátit komunitu (ať již vědeckou či politickou, náboženskou, ...) vyžadovalo vždy "rebelství". Je spousta pomatenců, ale někteří rebelové jsou ti "praví".
Dagmar Gregorova,2010-06-18 16:25:09
Petře, vše je jenom na síti, nebo se to "dokomunikuje" s autory článků. Nejsou "zákulisní" informace, aneb my je nemáme.
Na rozdíl od našich končin se v západnějších zemích se vědecká pracoviště snaží media přilákat již předžvýkanými zprávami o výsledcích svých výzkumů. A je pak několik serverů, které se předhánějí v jejich uveřejňování.
(Ne tak dávno jsem chtěla (hooodně neúspěšně :)o něčem podobném přesvědčit jistou nejmenovanou akademii věd). Pak je na autorovi, když ho téma zaujme, co si k němu dohledá.
Fyzikální články jsou velice často na síti celé a mám v zásobě několik, co vyvracejí již zaběhané teorie, závěry ... dokonce naznačují, že vědomě byla u úspěšných článků použita nesprávná metodika (povětšinou se to týká statistiky) s cílem dosáhnout kýžený výsledek. Proto jsem napsala, že by to chtělo matfyzáka, co by to erudovaně přeložil do srozumitelné řeči a poutavě napsal. Je toho tolik, co by bylo fakt zajímavé zpracovat! Do medií se to nedostane právě proto, že jde o složité věci a pro laika se nimi prolouskat je děsná práce. I mediální zprávy vydávané zahraničními vědeckými pracovišti jsou v těchto fyzikálních oblastech straaašně nedostatečné a někdy dost zmatené (alespoň podle mého vkusu). Není v tom opravdu žádné zákulisí, je to jen o tom, kde na síti najít info, nebo o odvaze napsat autorovi.
Planck to nevyřeší
Petr Ka,2010-06-18 07:54:24
Kalibraci (mimo jiné) pomocí Jupiteru jsou u všech pozorování (ne jen WMAP):
VSA:
http://www.star.bris.ac.uk/katy/thesis.pdf
BOOMERANG:
http://iopscience.iop.org/0067-0049/138/2/315/fulltext
a bude i Planck:
http://herschel.esac.esa.int/Hcal/hcal_wkshop2/Presentations/Lagache.pdf
(všimněte si složitosti kalibrace a kde jsou vyhodnoceny (zveřejněny/zveřejňovány) rozpočty nejistoty a systematické vlivy=nesmysly ve výsledcích? Takhle se nikdo nemůže prověřit správnost - NASA, ESA, ... jsou jako CRU)
Nepřesnost
Petr Ka,2010-06-17 08:58:32
Vidím v tom víru v úplnost, když si odporujete. Když "jedním z mnoha konzistentních důkazů" a "přesnost měření WMAP je nedostatečná ... bez potvrzení s fluktuací nebo ISW efektu".
Bezesporná (konzistentní) teorie (http://cs.wikipedia.org/wiki/Konzistentn%C3%AD_teorie) obsahující (Peanovu) aritmetiku je dokazatelně neúplná (děravá) - a to je právě navždy ta temná (stránka) hmota :-)
I kdyby (cokoli) ..., tak jestliže se prokáže, že oficiální výsledky WMAP se svými nejistotami měření (to správný experimentátor musí dobře stanovit z fyzikálního modelu, jinak je špatný model nebo experimentátor) jsou mimo realitu (něco jako IPCC), tak je to minimálně na pořádný audit (přece tohle si nemůže dovolit žádná malá laboratoř, natož takový moloch).
Je to pouze o přesnosti WMAP, ne o temné hmotě
Vladimír Wagner,2010-06-16 22:45:18
V článku ukázané pochyby se mohou týkat jedině temné energie. Ne temné hmoty. Předložené pochybnosti se týkají pouze přesnosti měření průběhu fluktuací teploty reliktního záření. Dovolil bych si připomenout, že gravitační vliv temné hmoty je pozorován v pohybu hvězd v galaxiích i galaxií v kupách. Zároveň se projevuje její vliv v evoluci galaxií i v průběhu srážek kup galaxií (více: http://ojs.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/temna/Temnahmotavesmir.pdf) Takže zmíněné fluktuace reliktního záření jsou jen jedním z mnoha konzistentních důkazů pro její existenci. U temné energie byly první indícií pro její existenci pozorování supernov Ia a zrychlujícího se rozpínámí vesmíru. Pokud by se ukázalo, že přesnost měření WMAP je nedostatečná (jak se snaží prokázat autoři v citovaných článcích), tak se dostaneme čistě do období před jejím vypuštěním. Tedy s temnou energií, ale bez potvrzení s fluktuací nebo ISW efektu. Reálně se zpochybňuje pouze dosažitelná přesnost měření fluktuací reliktního záření u sondy WMAP, ale to neznamená zpochybnění temné energie a už vůbec ne temné hmoty.
A co Planck?
Jakub Šenkýř,2010-06-17 19:50:50
Nestačilo by počkat, až svoje měření dokončí Planck? Pak budou přece data z WMAP kvalitativně překonána. Nebo jsou ty námitky namířené přímo proti principu podobných měření?
Osobně na mě Shanksovy závěry působí dojmem "udělám si jméno tím, že popřu nějaký známý koncept". Jestli jsem to dobře pochopil, tak alternativní teorie, kterou nabízí, říká jen tolik, že se posledních dvacet let honíme za přeludem. Anizotropii mikrovlnného pozadí ale přece neměřila jen WMAP.
ad: Jakub Šenkýř
Dagmar Gregorova,2010-06-18 08:18:48
Zcela s Vámi souhlasím, také jsem si řekla, že se Shanks snaží o jméno. Problém je (alespoň podle mých zkušeností), že kdyby to bylo hodně podezřelé a zcestné, tak do toho se Shanksem nikdo nepůjde. Je jiné, když někdo udělá závěry z nějaké studie, kterou v podstatě nelze prověřit - a věřte, že takových prací je hodně (třeba, když někdo, kdo šéfuje nějaké komisi na zkoumání vlivu elmag. záření na zdraví člověka dělá "velký" průzkum, jestli mobily škodí... hádejte, k jakému výsledku se dopracuje?). U Shanke jsou ale karty vyložené na stole a kdokoli je může znovu a znovu prohlédnout, znovu si s nimi pohrát a vše ověřit. A tak jsem si řekla, že asi by si s profesorským titulem nedělal takovou ostudu, kdyby mu hned v prvním kole někdo prokázal, že je zcela vedle. Osobně se - ale jako laik - valím s proudem, jen mi snaha mu čelit a použít na to korektní (alespoň jsem přesvědčena) metodu přišla zajímavá. Takových (nezpracovaných) témat, kde někdo zpochybňuje zaběhané teorie je více, jen by to chtělo erudovaného matfyzáka, aby napsal fakt dobrý, vysvětlující článek. Takto alespoň dávám odkazy na primární (když jsou) pro ty, kteří se v tom doma a chtějí vědět podrobnosti.
Nechtěla jsem prodlužovat článek, ale na výsledky sondy Planck si Shanks již brousí zuby a jsem přesvědčená, že tým, který zpracovává jeho měření si je toho vědom a nedá Shanksovi šanci. Ale to je to, co je ve vědě správné.
Nesouhlas
Jan Kýla,2010-06-20 23:52:53
Hypotéza existence temné hmoty a temné energie vznikla díky nesouladu mezi pozorováními dalekého vesmíru. Tedy pouze na základě měření spekter el-mag. vlnění přicházejícího z vesmíru (dalekohledy, radioteleskopy...). Na Zemi, v naší sluneční soustavě ani v nejbližším okolí temnou hmotu nepotřebujeme vůbec k ničemu. Nedá se ani nijak přímo experimentálně prokázat.
Temnou hmotu ani temnou energii nepořebuje OTR, kvantovka ani standardní model... Potřebují ji jen atrofyzici...
Z mého hlediska je víra v existence temné hmoty a energie na stejné úrovni jako víra v existenci bohů.
Nemate pravdu, pane Kyla
Ondřej Zeman,2010-06-21 17:45:09
Existence temne hmoty je podporovana napriklad pozorovanim rotaci spiralnich galagii, kde je pozorovana odchylka v rychlosti hvezd na jejim okraji oproti jejich vypoctene rychlosti, ktere by vzhledem ke sve poloze mely mit.
Tento rozpor jde vysvetlit jen dvema zpusoby
1 - zasadni upravou gravitacniho ucinku vzhledem ke vzdalenosti - Newtonova gravitacniho zakona, OTR
2 - pritomnosti hmoty, kterou nejsme schopni primo detekovat, ale jejiz gravitacni ucinky jsou patrne.
Nevím, jestli mám pravdu...
Jan Kýla,2010-06-23 23:14:34
Ty rotující spirální galaxie snad někdo viděl rotovat? Nebo se jejich rotace odvozuje z posunů elektomagnetických (optických) spekter. A nejsou snad všechny ty teorie podmíněné spoustou předpokladů a hypotéz, které můžou, ale taky nemusí platit.
Odchylky v rotaci galaxií jdou vyslětlit tisíci způsoby. Od temné hmoty přes chybu OTR, nekonstantní rychlost světla ve vzdáleném vesmíru, existenci další interakce až po Boha.
Všechny tyto hypotézy jsou si rovny. Protože je momentálně neumíme potvrdit ani vyvrátit, jsou vlastně zbytečné...
Kritické myšlení
Milan Bačík,2010-06-16 22:06:31
"My, kteří nemáme možnost proniknout do všech odborných pro a proti jednoduše akceptujeme standardní model na základě mnohých mediálních zpráv, jež v absolutní převaze jeho platnost podporují." Doufám, že aspoň mezi čtenáři osla se najde dost těch, kteří nad tím co čtou přemýšlejí a pochybují. Já osobně sem vždycky temnou hmotu a energii považoval za příliš snadno přijatou, bez vyvrácení alternativ. Například druhý termodynamický zákon taky nepovažuji za dostatečně prokázáný - popisuje pouze naši neschopnost něco na současné úrovní poznání dělat, což ještě nemusí znamenat, že to vúbec nejde(co třeba anihilace něčeho teplého ?). Samozřejmě jsem ve fyzice laik a možná mi dúkazy jen utekly. Ale dokud je neuvidím a nepochopím, budu přinejmenším pochybovat :)
Rozdíl
Jan Kýla,2010-06-20 23:43:37
Druhý termodynamický zákon je zcela užitečné pravidlo platné (zřejmě) všude na Zemi. Je možné ho ověřovat mnoha metodami. Je užitečný, dokonce i pro vývoj motoru ve vašem autě.
Hypotéza existence temné hmoty a temné energie vznikla díky nesouladu mezi pozorováními dalekého vesmíru. Na Zemi, v naší sluneční soustavě ani v nejbližším okolí temnou hmotu nepotřebujeme vůbec k ničemu.
Potřebují ji poze atrofyzikové k vysvětlení rozdílu mezi pozorováním vzdáleného vesmíru a jejich teoriemi. K ničemu jinému není, ona totiž není vůbec :-)
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
