Nová metoda měří rozpínání vesmíru pomocí gama záření z hlubokého vesmíru

11. 11. 2019

Temná energie Vesmír Fermi (teleskop)

Vědci z Clemson University přišli s novou metodou měření rozpínání vesmíru: porovnali útlum gama záření způsobený rozptýleným extragalaktickým světelným pozadím. Výsledkem je hodnota hubblovy konstanty 67,4 km/s/MPc, což je srovnatelné s hodnotami získanými pozorováním reliktního záření po velkém třesku. Přesná hodnota hubblovy konstanty zatím není známá, různými metodami totiž vychází jinak a vědci si tento nesoulad zatím nedokáží vysvětlit.

Rozpínání vesmíru

Graf znázorňující rozpínání vesmíru na různé vzdálenosti. Čím dál se objekt od Země nachází, tím rychlejší je také jeho vzdalování způsobené rozpínáním vesmíru.

Image credit: Livingfuture.cz

Rozpínání vesmíru lze měřit mnoha různými způsoby. Bohužel každá metoda dává vědcům odlišný výsledek. Největší nesoulad lze pozorovat mezi hodnotami získanými z pozorování raného vesmíru a hodnotami vyvozenými z našeho blízkého okolí. Tento rozdíl by mohl být projevem doposud neznámého fenoménu, který má vliv na rozpínání vesmíru. Existence takového fenoménu by však znamenala, že naše současné chápání fungování vesmíru je do velké míry chybné.

Nová metoda
Gama záření je nejenergetičtější forma elektromagnetického záření, které vzniká v extrémních objektech jako jsou černé díry nebo neutronové hvězdy. Rozptýlené extragalaktické světelné pozadí (Extragalactic background light, EBL) je zase světlo skládající se ultrafialového, viditelného a infračervené části elektromagnetického spektra, které vzniká v běžných hvězdách a vyplňuje mezigalaktický prostor.

Při interakci gama paprsků a EBL dochází k postupnému snížení jejich rychlosti i intenzity. Množství gama záření, které k nám dorazí je tedy do jisté míry dáno rozložením hmoty po cestě paprsků a také právě rozpínáním vesmíru. Odvození hubblovy konstanty touto metodou je zcela nezávislé na jiných přístupech pomocí reliktního záření nebo porovnávání vzdáleností různých objektů.

Podle studie publikované v magazínu The Astrophysical Journal je hodnota hubblovy konstanty odvozená touto metodou 67,4 km/s/MPc. To znamená, že by se vesmír měl rozpínat rychlostí 67,4 kilometrů za sekundu na jeden megaparsek (tedy 3,26 milionů světelných let).

Ke svému pozorování vědci využili vesmírného teleskopu Fermi a pozemního Cherenkov Telescope Array. Na studii se podíleli vědci z univerzit ve Španělsku, Dánsku, USA, Islandu a Německu.

Rozpínání vesmíru

Rozpínání vesmíru se měří prostřednictvím hubblovy konstanty H0 (Hubblův-Lemaîterův zákon), která udává o kolik kilometrů se za sekundu rozšíří prostor jednoho megaparseku (3,26 milionů světelných let). Způsobů k vypočítání této hodnoty je několik, v blízkém vesmíru například astronomové pozorují konkrétní hvězdy (cefeidy) nebo supernovy, u kterých pomocí rudého posuvu pozorují, jak rychle se od nás vzdalují. Ve vzdáleném vesmíru zkoumají reliktní záření (CMB). Novým způsobem je potom zkoumání rozpínání vesmíru pomocí gravitačních vln.


  

    
Rok
    
Metoda
    
Výsledek
km/s/Mpc
  

    
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.
    
500
  

    
1950´s
    
Zpřesnění hubblovy konstanty.
    
70
  

    
1990´s
    
Potvrzení zrychlující se expanze vesmíru, temná energie se stává nejpřijímanějším vysvětlením tohoto zrychlování.
    

  

    
2001-2010
    
Americká vesmírná sonda WMAP změřila hubblovu konstantu pozorováním reliktního záření po velkém třesku.
    
68-70
  

    
2009-2013
    
Evropská vesmírná sonda Planck naměřila ještě nižší hodnoty hubblovy konstanty podobnou metodou jako WMAP.
    
67-68
  

    
2016
    
Měření rychlosti vzdalování supernov typu Ia od Země.
    
72-75
  

    
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.
    
62-82
  

    
2018 
    
Hodnoty odvozené z pozorování cefeid potvrzují nesouvislost mezi měřeními mikrovlnného záření a pozorování hvězd a supernov.
    

  

    
2019
    
Pozorování světla vzdálených kvazarů, jejichž světlo bylo rozděleno gravitační čočkou.
    
72,5
  

    
2019
    
Zpřesnění měření pomocí pozorování cepheid Hubblovým teleskopem.
    
74,03
  

    
2019
    
Na základě detekovaných gravitačních vln z kolize neutronových hvězd a následného elektromagnetického záření přišli vědci s novou hodnotou hubblovy konstanty.
    
70.3
  

    
2019
    
Měření pomocí pozorování červených obrů Hubblovým teleskopem.
    
69.8
  

    
2019
    
Gama záření a rozptýlené extragalaktické světelné pozadí
    
67,4
  

    
2020
    
Porovnání gravitačních vln a elektromagnetického záření z kolizí neutronových hvězd
    
66,2