Rychlost rozpínání vesmíru vychází různými metodami jinak, poslední měření potvrzují nesoulad

26. 02. 2018

Temná energie Planck Raný vesmír Hubble

Astronomové použili vesmírný teleskop Hubble, aby zatím nejpřesněji změřili rozpínání vesmíru. Použili k tomu pozorování speciálních typů hvězd, které září stejným způsobem v celém vesmíru, a lze tak jednoduše určit jejich vzdálenost. Výsledky jejich měření ale ukazují, že se vesmír rozpíná rychleji než vědci odhadovali zkoumáním zbytků záření po velkém třesku. Tzv. Hubblova konstanta, která rozpínání vesmíru popisuje, tak možná bude muset být revidována.

Cosmic microwave background

Reliktní záření po velkém třesku jak jej zachytila vesmírná observatoř Planck.

Image credit:

Problém vzniká při porovnání výsledků různých metod pro výpočet rychlosti s jakou se vesmír rozpíná. První hodnota pochází z měření evropské sondy Planck, která v letech 2009-2013 pozorovala vesmírné mikrovlnné záření z raného vesmíru. Tato měření určila Hubblovu konstantu na 67 kilometrů za sekundu na megaparsek - tedy, že se od nás vesmír vzdaluje každý další megaparsek (3,3 milionů světelných let) o 67 kilometrů za sekundu rychleji. Podobně byla zaměřena také americká sonda WMAP, která stanovila hodnotu konstanty na 68-70 km/s na megaparsek.

Druhé měření pochází z cepheid, speciálního druhu proměnných hvězd, jejichž zářivost je úzce svázána s periodou, kterou pulzují, lze u nich tedy celkem přesně určit, jak daleko se nachází. Světlo, které pochází z objektu, který se od nás vzdaluje, má protaženou vlnovou délku a je tak zachyceno v červenější barvě (červený posun), a právě podle barvy mohou vědci odhadnout rychlost tohoto objektu. Nová měření pomocí cepheid a supernov však dávají Hubblově konstantě rozdílnou hodnotu 73 kilometrů za sekundu na megaparsek. 

Možná vysvětlení
Nová data jsou podle astronomů velmi přesná a tento rozdíl nelze vysvětlit odchylkou v měření. Dosavadní přístupy byly ověřeny několikrát a z mnoha úhlů pohledu, ani jeden z nich tak nelze považovat za chybný. Naopak, je třeba počítat s tím, že rozdílná měření mohou být projevem podstaty chování vesmíru.

Vědci se už několik let pokouší rozdíl ve výsledcích různých měření vysvětlit, jednou z možností je, že rozpínání vesmíru prostě není konstantní a v čase a místě se mění. Znamenalo by to, že temná energie, která měla zrychlující se rozpínání vesmíru vysvětlovat, působí na jednotlivé vzdalující se galaxie více než se doposud uvažovalo.

Další z možných vysvětlení pracuje s existencí doposud neznámé subatomární částice, která by cestovala rychlostí velmi blízkou rychlosti světla. Tato částice by mohla být podobná neutrinu a bývá označována jako sterilní neutrino. Vědci pracují s ještě jednou možností, a tou je silnější interakce temné hmoty se svým okolím.

Všechna tato vysvětlení by vyžadovala změnu složení raného vesmíru oproti tomu, co je dnes běžně přijímáno. To by změnilo výpočet rozpínání vesmíru založeného na pozorování mikrovlnného záření.

Historie objevování rozpínání vesmíru
1929 - Edwin Hubble potvrdil, že se vesmír rozpíná. Konstantu rozpínání tehdy určil na 500 km/s na megaparsek, takto vysoká byla kvůli různým nepřesnostem při měření.
1950´s - Zpřesnění hubblovy konstanty na hodnotu kolem 70 km/s na megaparsek.
1990´s - Potvrzení zrychlující se expanze vesmíru, temná energie se stává nejpřijímanějším vysvětlením tohoto zrychlování.
2001-2010 - Pozorování sondy WMAP umísťují konstantu do hodnot 68-70 km/s na megaparsek.
2009-2013 - Pozorování sondy Planck definují rozpínání vesmíru mezi 67 a 68 km/s na megaparsek.
2016 - Měření vzdalování supernov typu Ia ukazuje na hodnotu 72-75 km/s na megaparsek
2017 - Na prvních několika detekovaných gravitačních vlnách bylo ověřeno, že lze rozpínání vesmíru odvodit také tímto způsobem, hodnoty jsou však zatím velmi nepřesné (62-82 km/s na megaparsek) a vyžadují více detekcí gravitačních vln.
2018 - Hodnoty odvozené z pozorování cepheid potvrzují nesouvislost mezi měřeními mikrovlnného záření a pozorování hvězd a supernov.