Vesmír se rozpíná rychleji, než se očekávalo

Jako by nestačilo, že se rozpínání vesmíru zrychluje. Dokonce se rozpíná rychleji, než jsme si doteď mysleli! Může za to temná energie, temné záření nebo temná hmota?

Ke změření Hubbleovy konstanty posloužily cefeidy a supernovy Ia. Kredit: NASA, ESA, A. Feild (STScI), & A. Riess (STScI/JHU).

Hubbleův vesmírný dalekohled má na kontě nový objev. Je to překvapení. Šok. Anebo průšvih? Záleží na úhlu pohledu. Populární dalekohled na oběžné dráze si tentokrát vzal do parády rozpínání vesmíru. Vědci s jeho pomocí zjistili, že se vesmír nejspíš rozpíná o 5 až 9 procent rychleji, než jsme si mysleli. Zdálo by se, že je to jenom takový detail, ale rozpínání vesmíru je veledůležitá záležitost, od které se odvíjí naše modely vesmíru.

Adam Riess (2011). Kredit: Holger Motzkau / Wikimedia Commons.

Pozoruhodný výzkum vedl Adam Riess ze Space Telescope Science Institute a Johns Hopkins University v Baltimoru, stát Maryland. Riess ovšem není jak tak nějaký astrofyzik, nýbrž držitel Nobelovy ceny. Nanejvýš pikantní je, že nobelovku dostal v roce 2011 za objev zrychlování rozpínání vesmíru. Čtenáři OSLA si jistě představí, jak třaskavá záležitost to pro Riesse musela být, když vlastně přezkoumal svůj nobelovský objev. Riesse ovšem vypadá jako docela drsný týpek, takže to nejspíš nějak zvládnul. Podle něj jde o významnou stopu, která by nám mohla napovědět něco víc o povaze temné energie, temná hmoty a případného temného záření, které dohromady vytvářejí 95 procent úplně všeho ve vesmíru.

Jak to Riess a spol. dokázali? Povedlo se jim vylepšit měření rychlosti rozpínání vesmíru s nebývalou přesností. Badatelé se soustředili na galaxie, které obsahují jak cefeidy, pulsující proměnné hvězdy, z jejichž periody pulsů lze přímo odvodit absolutní svítivost, tak i supernovy typu Ia, které jsou vždy stejně jasné. Cefeidy i supernovy typu Ia astrofyzici využívají jako takzvané standardní svíčky, protože s jejich pomocí lze přesně určit vzdálenost galaxie, ve které se nacházejí.

Jak změřit Hubbleovu konstantu ve třech krocích. Kredit: , ESA, A. Feild (STScI), & A. Riess (STScI/JHU).

Badatelé s pomocí Hubbleova teleskopu proměřili celkem 2.400 cefeid v 19 galaxiích a přidali k nim ještě cca 300 supernov typu Ia ze vzdálených galaxií. Z takto získaných dat nakonec spočetli Hubbleovu konstantu, čili veličinu, která určuje, o kolik se zvětší rychlost vzdalování (v km/s) vesmírného objektu, když jeho vzdálenost vzroste o 1 megaparsek (Mpc, něco přes 3 miliony světelných let). Ještě před pár týdny činila hodnota Hubbleovy konstanty, vypočítaná v roce 2013 z dat kosmického teleskopu Planck 67.8 (km/s)/Mpc. Teď už je to podle Riessova týmu, a také anglické verze Wikipedie, 73 (km/s)/Mpc. Tento nový údaj znamená, že se vzdálenost mezi dvěma objekty ve vesmíru zdvojnásobí za příštích 9,8 miliardy let.

Jak už bylo řečeno, jde o pozoruhodný objev. Zároveň je to ale docela velký průšvih. Máme tu totiž rozpínání vesmíru, které o zmíněných 5 až 9 procent nesedí na předpověď, odvozenou z pozorování reliktního mikrovlnného záření sondami Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) a Planck. Riess nezatírá, že je to vážně problém. Pokud by prý naše předpoklady o počátku vesmíru a fyzika kolem nich byly správné, tak by předpověď měla sedět. Jenže to tak zřejmě není, a pokud se to potvrdí, tak to znamená, že v našich modelech vesmíru je někde něco špatně.

Jedna z galaxií zahrnutých do výzkumu Riessova týmu. Kredit: NASA, ESA & A. Riess (STScI/JHU).

Jaká vysvětlení ještě rychlejšího rozpínání vesmíru máme k dispozici? Jednou z možností je, že stále ještě naprosto neuchopitelná temná energie urychluje rozpínání vesmíru s ještě větší silou. Ale co je to vlastně temná energie? Vysvětlení by mohlo poskytnout i temné záření (dark radiation), což by měly být subatomární částice s rychlostí blízkou rychlosti světla, které jsou pro nás zatím skryty v temném sektoru vesmíru. Temné fotony, sterilní neutrina, a tak podobně. Pokud takové temné záření existuje, tak by problém se zrychlováním rozpínání vesmíru mohlo vyřešit připočtení jeho energie.

Aby toho nebylo málo, viníkem by mohla být i temná hmota. Pokud existuje, tak by prý mohla mít nějaké doopravdy divné, nečekané vlastnosti, které tohle způsobují. Je to koneckonců temná hmota. A nakonec, vedle temné energie, temného záření a temné hmoty je ve hře ještě jedno vysvětlení. Rychlejší rozpínání vesmíru, které neodpovídá předpovědím z pozorování reliktního záření, by mohlo znamenat, že Einsteinova teorie gravitace, čili obecná relativita, není kompletní. Které z uvedených vysvětlení je podle vás nejméně šílené?

Video: The Dark Universe - with Adam Riess

Literatura
NASA 2. 6. 2016, arXiv:1604.01424, Wikipedia (Hubble's law, Dark radiation).

Autor: Stanislav Mihulka

Datum: 04.06.2016

Tisk článku

Související články:

Zrychlování expanze vesmíru – chyba Einsteinovy relativity nebo temná energie? Autor: Miroslava Hromadová (26.06.2005)
Rozpínání vesmíru přesně změřeno díky kvasarům Autor: Stanislav Mihulka (18.04.2014)
Náš starý dobrý vesmír se neroztrhne. Alespoň 2,8 miliardy let Autor: Stanislav Mihulka (28.02.2016)

Diskuze:

Hubblova konstanta

Theodor Leitner,2019-11-24 23:54:15

Urcit presneji Hubblovu konstantu neni snadna vec, obzvlaste kdyz nevime, jak vse zacalo. Nas Vesmir se nevytvoril z nejake singularity se singularni teplotou a singularni hustotou hmoty, singularitu priroda nezna. A taky je otazka proc a odkud, to neni odpovezeno. Mereni, ktera pouziva mikrovlnne zareni pozadi nemohou byt presna, kdyz mame jen mlhave predstavy o Tresku. takova mereni konstanty bych zasadne povazoval jako pochybne. A inflacni casovy usek je tez podle meho mineni nesmysl, ani neni takova uvaha potrebna a jiz mnoho kosmologu to zpochybnuje. Ke vsemu je problem tez cas ktry je podle Einsteinovy theorie relativni, a nevim, zda do vypoctu je casova relativita vubec ndejak zohlednena.