Astronomická společnost Chomutov

                                                                               další články               +      

kosmologie

Stanislav  04.02.2021

Ve světle záření kosmického pozadí chtějí vědci najít známky zlověstné „kvintesence“. Vysvětluje, proč se prostor rozšiřuje čím dál rychleji?

Kosmologové jsou již dlouho na stopě temné energie - tajemné síly, která je zjevně příčinou, že se vesmír rozpíná stále rychleji. Zatím nikdo neví, z čeho se tato síla skládá nebo co ji způsobuje. Nyní se však výzkumný tým chce trochu přiblížit odpovědi. Našli ji ve „zkrouceném světle“ v záření kosmického pozadí.

Toto záření bylo emitováno krátce po velkém třesku a nyní proniká celým vesmírem ve formě mikrovln. Podle týmu lze v „kroucení“ světla najít otisk tajemné látky zvané kvintesence. Ta by se mohla skrývat za temnou energií.

Pokud se potvrdí účinek, který skupina objevila v datech z Planckova kosmického dalekohledu, otřáslo by to základy převládající fyziky. Zatím však statistická významnost výsledků nestačí k tomu, abychom mluvili o skutečném objevu. Koneckonců předběžné výsledky skupiny podtrhují, jak je náš obraz vesmíru ve skutečnosti stále neúplný.

0x08 graphic

Kosmické mikrovlnné záření na pozadí Eliptická mapa ukazuje celou oblohu viditelnou ze Země v rozsahu mikrovln. Pocházejí z rané fáze vesmíru, kdy bylo asi 380 000 let staré. Všechny zdroje v popředí však byly odečteny, takže záření kosmického pozadí lze vidět při teplotě přibližně 2,7 Kelvina. Na obrázku ve falešných barvách znamená modrá chladnější a červená teplejší oblasti s radiační teplotou několik 10-5 Kelvin pod nebo nad 2,7 Kelvina. Interpretace má něco do sebe: Tato „dětská fotka“ vesmíru ukazuje přehuštěné oblasti modře. Zde se v průběhu dalšího vesmírného vývoje formovaly galaxie a shluky galaxií v časovém měřítku miliard let, jak je můžeme dnes pozorovat. Objev záření kosmického pozadí byl v roce 1978 oceněn Nobelovou cenou.

Pokud se kvintesence za temnou energií skrývá, mohla by se její hnací síla časem oslabit nebo se dokonce zvrátit. Vesmír se pak jednoho dne může začít znovu zmenšovat, což je scénář, který kosmologové označují jako „Velkou krizi“. Sean Carroll, teoretický fyzik z Kalifornského technologického institutu v Pasadeně, vysvětluje. „Jsme zpět v bodě, kdy nemáme tušení, jak vesmír skončí.“ Výsledky týmu byly nyní publikovány v aktuálním čísle časopisu „Physical Review Letters“ .

První přímý důkaz, že neznámá síla zrychluje kosmickou expanzi, pochází ze dvou nezávislých studií supernov v roce 1998. Od té doby řada dalších studií potvrdila, že by temná energie skutečně mohla existovat. Jen velmi málo z nich však odhalilo více o skutečné povaze temné energie.

Zpočátku měli odborníci podezření, že temná energie je vlastnictvím samotného vesmíru. To je dodnes hlavní teorie. Kolik temné energie je k dispozici na objem prostoru, by tedy bylo všude stejné - hovoří se o „kosmologické konstantě“. Někteří vědci však předpokládali, že temnou energii tvoří něco úplně jiného. Nazvali to kvintesenční pole, obdobně jako „quinta essentia“, pátý prvek, který má podle starořecké filozofie vyplňovat prázdný prostor vesmíru v podobě neviditelného éteru.

Na rozdíl od kosmologické konstanty je kvintesence „hmatatelným médiem, které může podléhat výkyvům,“ říká Robert Caldwell, kosmolog z Dartmouth College v Hanoveru v New Hampshire, který jako jeden z prvních naznačil existenci této látky . Podle Caldwella by kvintesence mohla mít vlastnosti, které leží mezi vlastnostmi hmoty a vlastnostmi kosmologické konstanty. Zatímco například kosmologická konstanta zůstává nezměněna, hustota kvintesence by se v průběhu expanze nadále snižovala, i když ne tak rychle jako hustota normální hmoty.

V roce 1998 Carroll navrhl, jak lze kvintesenci experimentálně dokázat. Využil skutečnosti, že hypotetické pole mění šíření světla v prostoru, pokud existuje. Skupina vedená teoretickým fyzikem Marcem Kamionkowskim, (nyní na Johns Hopkins University v Baltimore v Marylandu), poté spočítala, jak lze tento efekt objevit v kosmickém záření, „dosvit velkého třesku“.

Podle toho by měly být sledovány stopy kvintesence v polarizaci záření pozadí. Světlo je polarizováno, když jeho elektrické pole nekmitá náhodně, ale v určitém směru. Podle teorie by kvintesence musela otáčet směrem, kterým polarizace směřuje, způsobem, který lze měřit pohledem na polarizaci na celé obloze.

To je přesně to, čeho nyní chtějí dosáhnout dva kosmologové: Yuto Minami z Organizace pro výzkum vysokých energií (KEK) v japonské Tsukubě a Eiichiro Komatsu z Institutu Maxe Plancka pro astrofyziku v Garchingu, kteří hledali kvintesenci v datech mise Planck, která skončila v roce 2013 Evropskou kosmickou agenturou.

Hlavním účelem Plancka bylo zmapovat malé teplotní variace záření pozadí po celé obloze, ale satelit také měřil v tomto procesu polarizaci záření. S pomocí nové technologie, kterou loni představili profesionálnímu světu„ Minami a Komatsu nalezli nyní známky kvintesence. Jejich výsledky jsou tak v rozporu s výsledky jiných skupin, které nezjistily žádné viditelné polarizační vzorce v polarizačních mapách záření pozadí - včetně Planckových - říká fyzička Suzanne Staggs z Princetonské univerzity v New Jersey, jejíž tým měřil mikrovlnné pozadí pomocí kosmologického dalekohledu Atacama (ACT ) v Chile. Ona a její tým nyní plánují vyzkoušet technologii Minami a Komatsu na zkušebním základě na svých vlastních datech ACT.

Článek je zajímavou analýzou, ale skrz nepřesnosti, který převládá v datech Planck, by jej mohl dostat do problémů, říká George Efstathiou, senior Planckův kosmolog z University of Cambridge. Teoretičtí fyzici také udržují odstup. „Pokud se to prokáže jako skutečné, byl by to velký objev,“ říká Carroll. Statistická chybnost výsledku - pouze 2,5 sigma místo požadovaných 5 - je však stále nedostatečná. Zkušenosti ukazují, že se tyto výsledky při dalším zkoumání často rozplynou vniveč.

Kamionkowski souhlasí. „Myslím, že bychom to měli projít velmi opatrně a nezbláznit se,“ říká. Pokud kvintesence skutečně existuje, mělo by to nejen dopad na kosmologii, ale také na základní fyziku: Standardní model částicové fyziky neobsahuje žádnou kvintesenci, takže by musel obsahovat dříve neznámou chybu.

Již se plánují další experimenty, které s větší přesností zmapují polarizaci mikrovlnného pozadí. Tím se kvintesenční teorie podrobí ještě přísnějším testům. Například na observatoři Simons, která je v současné době zřízena v poušti Atacama. Očekává se také, že kosmická mise vedená Japonskem, vesmírná sonda s názvem LiteBIRD, poskytne nové mapy pozadí.

Pokud by se kvintesence skutečně objevila jako vysvětlení temné energie, mělo by to značné důsledky, například pro věk vesmíru. Odborníci jej v současné době odhadují na 13,8 miliardy let na základě záření pozadí; s kvintesencí by byl o něco mladší. Mohlo by to také vysvětlit, proč záření pozadí předpovídá zpomalení kosmické expanze. Skála, na které vše spočívá, je kosmologická konstanta, říká Caldwell. „Pokud tu skálu odnesete, mohlo by to ovlivnit všechno ostatní.“

zveřejněno  25.11.2020

od Davide Castelvecchi

https://www.spektrum.de/news/verdrehtes-licht-liefert-hinweise-auf-dunkle-energie/1799180