Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Aktualita z fyziky: Temná energie v ohrožení?

Nové statistické analýzy pozorování supernov ohrožují platnost teorie o zrychleném rozpínání vesmíru, za kterým měla stát temná energie (obrázek: NASA/ESA/JPL-Caltech/UCLA/CXC/SAO)

Nedávno publikovaná studie rotačních rychlostí hvězd v galaxiích, o které jsme vás informovali v jednom z předchozích článků, vrhla stín na obecně uznávaný model temné hmoty. Něco podobného teď postihlo také temnou energii.

Nové statistické analýzy pozorování supernov typu Ia měly dle předpokladů přinést zásadní potvrzení faktu, že se rychlost rozpínání vesmíru s časem zvyšuje. Ve skutečnosti však nejen že výpočty tento důkaz nepřinesly, ale naopak se zdá pravděpodobnější, že rychlost rozpínaní je prakticky konstantní. To je však v rozporu s uznávaným modelem kosmologie ΛCDM (Λ – lambda, CDM – Dark Cold Matter neboli chladná temná hmota), kde Λ je kosmologická konstanta, která udává velikost zrychlení. Astrofyzici tak stojí před další záhadou.

Co jsou to vlastně supernovy typu Ia, které způsobily takový rozruch? Určení velikosti základních kosmologických parametrů naráželo vždy na problém s měřením velkých vzdáleností ve vesmíru. Na konci 20. století se k určování intergalaktických vzdáleností začaly používat z daleka viditelné standardní „svíčky“, supernovy Ia. Tato supernova je závěrečným vývojovým stadiem těsné dvojhvězdy tvořené obří hvězdou a bílým trpaslíkem. U takové dvojhvězdy dochází k přenosu látky z obra na bílého trpaslíka, který tím zvětšuje svoji hmotnost. Na povrchu bílého trpaslíka se může vytvořit vrstva vodíku, uvnitř které vznikne termonukleární reakce explozivního charakteru. Vlivem gravitace dochází k prudkému smrštění hvězdy, kdy se všechny protony a elektrony sloučí na neutrony a vznikne neutronová hvězda.

Při zhroucení bílého trpaslíka na neutronovou hvězdu dochází k náhlému uvolnění velkého množství energie – gravitační energie a energie jaderných reakcí – a ke vzniku exploze. U supernovy typu Ia probíhá výbuch vždy podle stejného scénáře a se stejnými parametry. Množství uvolněné energie je vždy přibližně stejné, takže z relativní pozorované jasnosti lze vypočítat vzdálenost příslušné supernovy. Supernovy typu Ia se ve vesmíru vyskytují relativně často, v průměrné galaxii dojde během jednoho století ke dvěma explozím.

Před koncem devadesátých let kosmologové předpokládali, že rychlost rozpínání vesmíru je buď konstantní, nebo s časem klesá. Potom však dvě vědecké skupiny – tým vedený Saulem Perlmutterem a skupina Adama Riesse a Briana Schmidta – přišly s tvrzením, že rychlost rozpínání vesmíru naopak roste. U více než pěti desítek supernov typu Ia vědci zjistili, že jsou méně jasné, než by vyplývalo z jejich naměřeného rudého posuvu.

Co je to rudý posuv? Kosmologický rudý posuv pozoroval poprvé v roce 1924 Edwin Hubble. Zjistil, že spektrální čáry chemických prvků jsou ve spektrech velmi vzdálených galaxií proti měřením provedeným v pozemských laboratořích posunuty směrem ke dlouhovlnnému konci spektra. Později objevil, že tento rudý posuv je tím větší, čím větší je vzdálenost pozorovaných objektů od Země, a že galaxie se od sebe vzdalují tím rychleji, čím jsou od sebe vzdálenější. To pak vedlo k vytvoření teorie o rozpínání vesmíru. Rozpínání vesmíru způsobuje, že se vlnová délka světla ze supernovy pozorovaného na Zemi posouvá k vyšším hodnotám. Rudý posuv tedy astronomům sděluje, jak rychle se supernova od nás vzdaluje v okamžiku výbuchu, a udává tak rychlost rozpínání vesmíru.

Předložený důkaz toho, že se rozpínání vesmíru zrychluje, byl pro astrofyziky velkým překvapením. Perlmutter, Riess a Schmidt za něj v roce 2011 získali Nobelovu cenu. Na základě jejich objevu pak fyzici začali spekulovat, že zrychlení způsobuje dosud neznámý subjekt, který pojmenovali temná energie. Další důkazy pak přinesla měření kosmického mikrovlnného pozadí (CBM) a pozorování galaxií. Zrychlené rozpínání se stalo základem nejznámější a nejrozšířenější kosmologické teorie ΛCDM.

Od devadesátých let byly pozorovány další stovky supernov typu Ia. Někteří fyzici však začali pochybovat, že pozorování skutečně podporují teorii zrychleného rozpínání. Subir Sarkar z University of Oxford, Jeppe Nielsen z dánské Niels Bohr International Academy a Alberto Guffanti z univerzity v Turíně statisticky zanalyzovali údaje ze 740 supernov typu Ia a došli k závěru, jenž, pokud se potvrdí, bude doslova bombou v astrofyzice. Data totiž podle nich svědčí spíše pro to, že je rychlost rozpínání vesmíru konstantní.

Nová studie se od těch předcházejících odlišuje především v metodě zpracování výsledků. I když jsou všechny supernovy typu Ia prakticky identické, přeci jen existují rozdíly, které je třeba brát v úvahu. Sarkar a jeho kolegové argumentují, že dosavadní statistické metody byly příliš jednoduché a nebyly vhodné pro zpracování tak rychle rostoucího souboru pozorovaných dat. Vědci proto zvolili metodu, kterou Sarkar charakterizuje jako „industry standard statistics“ a jež zohledňuje i nepatrné rozdíly v jednotlivých supernovách. Došli k závěru, že odchylka od konstantní rychlosti rozpínání vesmíru je menší než 3 σ. To je relativně velmi malá statistická pravděpodobnost pro to, aby měření přesvědčivě dokazovala zrychlené rozpínání vesmíru. Trojice vědců proto na základě těchto nových výsledků tvrdí, že model ΛCDM bude nutné přehodnotit.

Astrofyzik Roberto Trotta z Imperial College London není sice k modelu ΛCDM tak nesmlouvavý – podle něj existují i jiné nezávislé důkazy pro zrychlení rozpínání vesmíru – uznává však, že výsledky z předešlých výzkumů nejsou tak přesvědčivé, jak se původně myslelo. Co však jisté je, je to, že nastává nová éra pozorování dalších tisíců supernov a dokonalejších statistických metod vyhodnocování výsledků.

Původní materiál byl uveřejněn v Scientific Reports.

Archiv Aktualit z fyziky

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop