Astronomická společnost Chomutov
další články 
+ 
kosmologie
přidáno 14.10.2021
Byla tam jednou jiná, druhá temná energie?
Odvážná hypotéza, na jejíž stopu přivedlo nyní nové studie záření kosmického pozadí.
Temná energie je tajemná, dosud málo chápaná síla, která podle převládajícího názoru zajišťuje vysvětlení, že se vesmír rozpíná zrychleným tempem. Dosud nebylo přesvědčivě objasněno, zda skutečně existuje, když se dokonce stále více naznačuje, že v ranných kosmických letech mohl existovat dokonce i jiný typ této energie.
Dva týmy vědců o tom poskytly důkazy v nezávislých studiích, které byly zveřejněny na serveru preprintu arXiv ( studie 1 , studie 2 ). Našli to, co hledali, v datech shromážděných v letech 2013 až 2016 kosmologickým teleskopem Atacama (ACT) v Chile. Pokud se výsledky potvrdí, mohly by vyřešit starodávnou záhadu raného vesmíru - přetrvávající rozpor mezi rychlostí expanze vesmíru, měřenou dnes, a tou, kterou určuje kosmické mikrovlnné pozadí. Ve scénáři, ve kterém během prvních 300 000 let po Velkém třesku existovala „časná temná energie“, by byl vesmír dokonce mnohem mladší, než se dnes předpokládá.
Výsledky však zatím nelze v žádném případě považovat za jisté. Kolegové proto nechtějí mluvit o skutečném objevu nové fyziky. „Existuje řada důvodů, proč je nutná opatrnost,“ říká kosmoložka Silvia Galli z pařížského institutu pro astrofyziku.
Týmy autorů dvou předtisků - jeden je součástí ACT, druhý je nezávislá skupina - to přiznávají samy. Data ještě nejsou dostatečně průkazná. Ale další pozorování na ACT a South Pole Telescope v Antarktidě by to mohlo změnit a brzy poskytnout přesvědčivější důkazy. „Pokud by tehdy skutečně raná temná energie existovala, měli bychom brzy vidět jasný signál,“ říká Colin Hill, spoluautor týmu ACT a kosmolog na Columbia University v New Yorku.
Zachovává mikrovlnné pozadí stopy dřívější temné energie?
ACT v Chile i dalekohled v Antarktidě jsou navrženy tak, aby zmapovaly kosmické mikrovlnné pozadí - „dosvit“ Velkého třesku, jak se mu někdy říká. Je jedním z pilířů porozumění historii vesmíru. Závěry o vývoji vesmíru lze vyvodit ze způsobu, jak jsou drobné výkyvy záření rozmístěn\ na pozadí po obloze. Záření pozadí také poskytlo silný důkaz pro takzvaný standardní model kosmologie a jeho tři hlavní složky vesmíru: Kromě již zmíněné temné energie je to stejně záhadná temná hmota, která způsobila vznik galaxií a obyčejná hmota které je méně než pět procent z celkové hmotnosti a energie vesmíru.
Nejlepší mapy radiace pozadí, které jsou v současné době k dispozici, byly vytvořeny Planckovým vesmírným teleskopem Evropské vesmírné agentury (ESA), který byl aktivní v letech 2009 až 2013. Výpočty založené na této předpovědi - za předpokladu, že je standardní model kosmologie správný - přesně předpovídají, jak rychle by se měl dnes vesmír rozpínat. Expanzi však lze určit i jinými technikami, včetně pozorování výbuchů supernovy. Během posledního desetiletí se to dělo se zvyšující se přesností. Výsledek byl ale úplně jiný: Podle toho se zdá, že se vesmír rozpíná asi o pět až deset procent rychleji, než by se na základě záření v pozadí dalo předpokládat.
Teoretici navrhli nepřeberné množství změn standardního modelu, které by mohly tento rozdíl vysvětlit. Například kosmolog Marc Kamionkowski z Univerzity Johna Hopkinse v Baltimoru a jeho kolegové. Před dvěma lety přinesly do standardního modelu další přísadu. Nakonec šlo o upřesnění myšlenky, na které léta pracovali s jinými skupinami. Jejich „časná temná energie“ by byla jakousi kapalinou, která zpočátku prostupuje celým vesmírem, ale poté zmizí znovu několik set tisíc let po Velkém třesku. To nezní nijak zvlášť přesvědčivě, říká Kamionkowski, „ale je to jediný model, který nakonec funguje“.
V mladém vesmíru by plazma mohla rychleji vychladnout
V jejich scénáři nebyla časná temná energie dostatečně silná, aby způsobila zrychlenou expanzi, jak to v současnosti dělá „normální“ temná energie. Ale prý to způsobilo, že plazma, která se vynořila z Velkého třesku, vychladla rychleji, než by tomu bylo jinak. To zase ovlivňuje, jak by měla být interpretována data na pozadí - zejména s ohledem na věk a rychlost rozpínání vesmíru. Oboje je vypočítáno ze vzdáleností, které by zvukové vlny mohly urazit v plazmě mladého vesmíru, než se ochladí na plyn. Během tohoto přechodu zůstaly v mikrovlnném pozadí určité vzorce a rysy, které lze určit pomocí Plancka a podobných observatoří a použít je pro výpočty věku vesmíru.
Tyto dvě nyní publikované studie ukazují, že polarizace v mikrovlnném pozadí, zaznamenaná ACT, lépe vyhovuje modelu s dřívější temnou energií, než modelu bez, tj. Tradičnímu standardnímu modelu. Výsledkem je, že dnešní vesmír by byl starý pouze 12,4 miliardy let, a tedy asi o jedenáct procent mladší než 13,8 miliardy let navrhovaných standardním modelem, říká Hill spoluautor studie ACT. A podle toho se bude rozšiřovat přibližně o pět procent rychleji. To přibližuje rychlost expanze k hodnotě, kterou astrofyzika určila pomocí alternativních metod.
K pojmu »raná temná energie« byl vždy skeptický, ale výsledky jeho týmu ho samotného překvapily, říká Hill. Vivian Poulin, astrofyzička na univerzitě v Montpellier ve Francii a spoluautorka druhé studie, rovněž na základě údajů ACT, říká, je uklidňující, že analýza jejího týmu je v souladu s analýzou týmu ACT. Podle Kamionkowského oba dokumenty napsali „absolutně střízliví lidé na zemi“, kteří jsou s daty a měřeními extrémně obeznámeni.
Pařížská astrofyzička Galli ale upozorňuje, že data ACT se zjevně neshodují s výpočty Planckova týmu, do kterého byla ona zapojena. Kromě toho se zdá, že sice údaje ACT o polarizaci mikrovlnného pozadí hovoří ve prospěch rané temné energie, ale zda to platí i pro data o rozložení teploty, další důležitá data o kosmickém záření pozadí, je stále otevřené. Je proto nezbytné, aby výsledky byly kompenzovány údaji ze South Pole Telescope, zařízení, na kterém sama pracuje.
Wendy Freedmanová jako astronomka na Chicagské univerzitě pracovala na nejpřesnějších stanoveních kosmické expanze. Jak posuzuje výsledky rané temné hmoty ona? To, co oba týmy zjistily na základě údajů ACT, je zajímavé, ale ne poslední slovo, říká. „Je důležité sledovat různé přístupy“ a poté zjistit, jak dobře si vedou ve srovnání se standardním modelem.
© Springer Nature Limited
Nature, 10.1038 / d41586-021-02531-5 , 2021
zveřejněno 20.09.2021
https://www.spektrum.de/news/expansion-des-alls-eine-zweite-art-von-dunkler-energie/1924561