Ve standardním modelu kosmologie vyplňuje vesmír temná energie. Způsobuje, že se vesmír rozpíná stále větší rychlostí a tvoří více než 70 % vesmíru. Ale je tu problém. Když měříme rychlost kosmické expanze různými způsoby, dostáváme výsledky, které spolu nesouhlasí.
Snímek supernovy 1994D v galaxii NGC 4526 z Hubbleova vesmírného dalekohledu. Poděkování: NASA/ESA, The Hubble Key Project Team a The High-Z Supernova Search Team
Existuje několik způsobů, jak měřit expanzi vesmíru. Jedním z nich je měřit relativní pohyb vzdálených galaxií. Toho se dosáhne při pohledu na světlo ze supernov v těchto galaxiích. Supernovy typu Ia mají poměrně jednotnou standardní jasnost, takže měřením jejich pozorované jasnosti poznáme vzdálenost jejich domovské galaxie. To lze porovnat s pozorovaným červeným posuvem galaxie a určit Hubbleův parametr. Právě tato metoda jako první zjistila, že se zrychluje kosmická expanze.
Část fluktuací CMB zachycená kosmickou lodí Planck. Kredit: ESA and the Planck Collaboration
Další metodou je podívat se na kosmické mikrovlnné pozadí. Zatímco tento slabý dosvit velkého třesku má téměř rovnoměrnou teplotu asi 3 K, v různých oblastech oblohy existují malé rozdíly teploty. Rozsah těchto fluktuací závisí na rychlosti kosmické expanze. Pečlivá pozorování ze sondy Planck nám poskytla dobrou míru Hubbleovy konstanty. A to je zcela nezávislé na měření supernovy. V zásadě by se tyto dva výsledky měly shodovat, ale nemají.
Planckovy výsledky dávají Hubbleův parametr asi 67 – 68 (km/s)/Mpc, zatímco pozorování supernov dávají hodnotu asi 71 – 75 (km/s)/Mpc. Dříve byla nejistota těchto opatření dostatečně velká na to, aby se překrývaly, ale nyní jsou tak přesné, že s nimi přímo nesouhlasí. To neznamená, že temná energie je špatná, ale znamená to, že existují věci, kterým na ní nerozumíme.
Jednou z obtíží těchto výsledků je, že jsou závislé na modelu. Každý závisí na určitých předpokladech o vesmíru. Jedním z nich je, že vesmír je prostorově plochý. Jinými slovy, světlo, které vidíme ze vzdálených galaxií, se pohybovalo v podstatě po přímce. Není zdeformován nějakým celkovým kosmickým pokřivením prostoru. Ale v Planckových datech existují určité důkazy, že prostor může mít malé celkové zakřivení. To by pomohlo zohlednit rozdíl ve výsledcích.
Hodnoty temné energie se sbíhají. Kredit: Jeremy Tinker a spolupráce SDSS-III
Aby se tento problém vyřešil, astronomové se podívali na jiné způsoby měření kosmické expanze. Jedním ze způsobů je měřit, jak se galaxie shlukují ve velkých měřítcích. Kupy galaxií se vytvořily kvůli malým odchylkám v hustotě raného vesmíru známého jako Baryonové akustické oscilace (BAO). Jak se gravitace snaží přitáhnout galaxie blíže k sobě, temná energie se je snaží rozehnat. V důsledku toho se galaxie zformovaly do hustých superkup oddělených velkými dutinami. Velikost těchto dutin nám umožňuje měřit Hubbleův parametr.
Nedávno tým provedl nejkomplexnější měření shlukování galaxií. Zjistili několik zajímavých věcí. Pro začátek, protože struktura dutin závisí jak na temné energii, tak na celkovém tvaru vesmíru, tým potvrdil, že vesmír je prostorově plochý. Kosmické zakřivení nemůže odpovídat za různé hodnoty. Pro parametr Hubble dostali výsledek asi 70 – 74 (km/s)/Mpc, což souhlasí s výsledkem větší supernovy. Jejich pozorování se ale soustředilo hlavně na galaxie s rudým posuvem z< 2, or within about 9 billion light-years. When the team added data from more distant galaxies, their result shifted to 68 – 70 (km/s)/Mpc, which better agrees with the Plank result.
Výsledkem toho všeho je, že vesmír je plochý, temná energie je velmi skutečná a je v něm podivnost, které stále nerozumíme.
Odkaz:Seshadri Nadathur a kol. “ Testování kosmického zrychlení s nízkým červeným posuvem s velkoplošnou strukturou .'Fyzické kontrolní dopisy124 (2020): 221301.