Ukázalo sa, že vesmír sa mýlil

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Kozmológovia čelia vážnemu vedeckému problému, ktorý poukazuje na nedokonalosť ľudských vedomostí o vesmíre. Zložitosť sa týka takej zdanlivo triviálnej veci, akou je rýchlosť rozpínania vesmíru. Faktom je, že rôzne metódy označujú rôzne významy - a zatiaľ nikto nevie vysvetliť podivný rozpor.

Kozmické tajomstvo

V súčasnosti štandardný kozmologický model „Lambda-CDM“(ΛCDM) najpresnejšie popisuje vývoj a štruktúru vesmíru. Podľa tohto modelu má vesmír nenulovú kladnú kozmologickú konštantu (člen lambda), ktorá spôsobuje zrýchlenú expanziu. Okrem toho ΛCDM vysvetľuje pozorovanú štruktúru CMB (kozmické mikrovlnné pozadie), distribúciu galaxií vo vesmíre, množstvo vodíka a iných ľahkých atómov a samotnú rýchlosť expanzie vákua. Závažný rozdiel v miere expanzie však môže naznačovať potrebu radikálnej zmeny modelu.

Teoretický fyzik Vivian Poulin z Francúzskeho národného centra pre vedecký výskum a laboratória pre vesmír a častice v Montpellier tvrdí, že to znamená nasledovné: v mladom vesmíre sa stalo niečo dôležité, o čom ešte nevieme. Možno to bol jav spojený s neznámym typom temnej energie alebo novým druhom subatomárnych častíc. Ak to model zohľadní, nezrovnalosť zmizne.

Na pokraji krízy

Jedným zo spôsobov, ako určiť rýchlosť rozpínania vesmíru, je štúdium mikrovlnného pozadia – reliktného žiarenia, ktoré vzniklo 380 tisíc rokov po Veľkom tresku. ΛCDM možno použiť na odvodenie Hubbleovej konštanty meraním veľkých výkyvov v CMB. Ukázalo sa, že sa rovná 67, 4 kilometrom za sekundu na každý megaparsek alebo asi trom miliónom svetelných rokov (pri takejto rýchlosti sa objekty navzájom rozchádzajú vo vhodnej vzdialenosti). V tomto prípade je chyba iba 0,5 kilometra za sekundu za megaparsek.

Ak inou metódou dostaneme približne rovnakú hodnotu, potom to potvrdí platnosť štandardného kozmologického modelu. Vedci merali zdanlivý jas štandardných sviečok - predmetov, ktorých svietivosť je vždy známa. Takýmito objektmi sú napríklad supernovy typu Ia – bieli trpaslíci, ktorí už nedokážu absorbovať hmotu z veľkých sprievodných hviezd a explodujú. Podľa zdanlivého jasu štandardných sviečok môžete určiť vzdialenosť k nim. Paralelne môžete merať červený posun supernov, teda posun vlnových dĺžok svetla do červenej oblasti spektra. Čím väčší je červený posun, tým väčšia je rýchlosť, akou je objekt vzdialený od pozorovateľa.

Takto je možné určiť rýchlosť expanzie vesmíru, ktorá sa v tomto prípade rovná 74 kilometrov za sekundu na každý megaparsek. Toto sa nezhoduje s hodnotami získanými z ΛCDM. Je však nepravdepodobné, že by chybu merania mohla vysvetliť nezrovnalosť.

Podľa Davida Grossa z Kavliho inštitútu pre teoretickú fyziku na Kalifornskej univerzite v Santa Barbare by sa takáto odchýlka v časticovej fyzike nenazývala problémom, ale krízou. Viacerí vedci však s týmto hodnotením nesúhlasili. Situáciu skomplikovala iná metóda, ktorá je tiež založená na štúdiu raného vesmíru, a to baryónové akustické oscilácie - oscilácie v hustote viditeľnej hmoty vypĺňajúcej raný vesmír. Tieto vibrácie sú spôsobené plazmovými akustickými vlnami a majú vždy známe rozmery, vďaka čomu vyzerajú ako štandardné sviečky. V kombinácii s inými meraniami dávajú Hubblovu konštantu konzistentnú s ΛCDM.

Nový model

Existuje možnosť, že vedci urobili chybu pri použití supernov typu Ia. Ak chcete určiť vzdialenosť k vzdialenému objektu, musíte postaviť rebrík vzdialenosti.

Prvou priečkou tohto rebríčka sú cefeidy – premenné hviezdy s presným vzťahom medzi periódou a svietivosťou. Cefeidy možno použiť na určenie vzdialenosti k najbližším supernovám typu Ia. V jednej zo štúdií boli namiesto cefeíd použité červené obry, ktoré v určitej fáze života dosahujú maximálnu jasnosť – tá je rovnaká pre všetkých červených obrov.

Výsledkom bolo, že Hubbleova konštanta bola 69,8 kilometrov za sekundu za megaparsek. Neexistuje žiadna kríza, hovorí Wendy Freedman z University of Chicago, jedna z autoriek článku.

Ale aj toto tvrdenie bolo spochybnené. Spolupráca H0LiCOW merala Hubbleovu konštantu pomocou gravitačnej šošovky, čo je efekt, ktorý nastáva, keď masívne telo ohýba lúče vzdialeného objektu za ním. Tým posledným by mohli byť kvazary – jadrá aktívnych galaxií napájané supermasívnou čiernou dierou. Vďaka gravitačným šošovkám sa môže naraz objaviť niekoľko obrázkov jedného kvazaru. Meraním blikania týchto obrázkov vedci odvodili aktualizovanú Hubbleovu konštantu 73,3 kilometrov za sekundu na megaparsek. Zároveň vedci až do posledného nepoznali možný výsledok, čo vylučuje možnosť podvodu.

Výsledok merania Hubbleovej konštanty z prírodných maserov vytvorených pri rotácii plynu okolo čiernej diery sa ukázal ako 74 kilometrov za sekundu za megaparsek. Iné metódy poskytovali 76,5 a 73,6 kilometrov za sekundu za megaparsek. Problémy vznikajú aj pri meraní distribúcie hmoty vo vesmíre, keďže gravitačná šošovka dáva inú hodnotu v porovnaní s meraniami mikrovlnného pozadia.

Ak sa ukáže, že nezrovnalosť nie je spôsobená chybami merania, potom bude potrebná nová teória, ktorá vysvetlí všetky aktuálne dostupné údaje. Jedným z možných riešení je zmeniť množstvo temnej energie spôsobujúcej zrýchlené rozpínanie vesmíru. Hoci väčšina vedcov je za to, aby sa fyzika neaktualizovala, problém zostáva nevyriešený.