Zvětšit obrázek

Složení vesmíru podle standardního kosmologického modelu. Kredit: NASA/WMAP

Současné poznatky o vývoji a složení vesmíru sumarizuje kosmologický model ΛCDM, veřejnosti známý spíše pod jménem standardní model. První písmeno, řecké Lambda, označuje kosmologickou konstantu, prezentující vliv temné energie, která se 74 % podílí na složení vesmíru a způsobuje zrychlování jeho rozpínání. Není to přesně ta samá kosmologická konstanta, jež kdysi Einstein zavedl do rovnic všeobecné relativity, aby řešením byl statický, nerozpínající se vesmír. Tato Lambda rozpínání akceleruje. CDM je zkratka pro Cold Dark Matter, tedy chladnou temnou hmotu, jež představuje 22 % veškeré hmoty (i energie). Zbylé asi 4 % připadají na vše, co jsme schopni na vlnách elektromagnetického záření zaregistrovat. Standardní model je natolik přesvědčivý a zpopularizovaný, že nesouhlasit s ním si od astronoma jistě vyžaduje jistou dávku odvahy, jako vždy, když se vzdoruje hlavnímu proudu.

Zvětšit obrázek

„Rebelové“: profesor Tom Shanks a jeho doktorand Utane Sawangwit z Durham University

Mezi rebely, kteří varují před přílišnou jistotou a hledají možnosti, jak z obrazu vesmíru vygumovat znepokojující temnou hmotu a ještě problematičtější temnou energii patří dva britští astrofyzikové z Durhamské university (Durham University) - astrofyzik profesor Tom Shanks a jeho doktorand Utane Sawangwit. Na mušku si vzali měření mikrovlnného kosmického pozadí, které již bezmála 9 let poskytuje sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Právě detaily v tomto tepelném otisku Big Bangu představují jeden z nosných pilířů teorie ΛCDM. Shanks udělal již dva pokusy tato měření zpochybnit.

Ten novější se týká prověření, jakou mírou jsou ve výsledném obraze mikrovlnného pozadí vyhlazené, neboli „rozprostřené“ nehomogenity. Pro toto testování si oba vědci za kalibrační zdroj nevybrali Jupiter, jako to udělal vědecký tým projektu WMAP, ale vzdálené (bodové) zdroje rádiového záření registrované samotnou sondou WMAP. Vybrali je z katalogu, vyhledali jejich obraz v teplotních mapách vesmíru a analyzovali přesnost úhlového rozlišení těchto zdrojů ve výkonovém spektru mikrovlnného pozadí.
V článku, jenž teď vyšel v časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) Shanks a Sawangwit dokazují, že na třech z pěti frekvencí, ve kterých sonda WMAP mapuje vesmír – v pásmu Q (střední frekvence 41 GHz), V (61 GHz) a W (94 GHz) - jsou obrazy vzdálených, zdrojů rádiového záření, které ze Země se jeví jako bodové, vyhlazené do příliš velkého průmětu. Na mapě mikrovlnného pozadí tak představují rozsáhlejší (větší ne amplitudou, ale v úhlovém zobrazení) anomálie, než by jim ve skutečnosti, podle udávané přesnosti, přináleželo. A právě rozměr těchto drobných nehomogenit v obrazu mikrovlnného pozadí – „čeřin“, jak je autoři nazývají, souvisí se složením vesmíru.

Zvětšit obrázek

Mapa mikrovlnného kosmického pozadí - bílými kroužky označené rádiové bodové zdroje, které Shanks a Sawangwit využili k měření vyhlazovacího efektu sondy WMAP. Zjistili, že tento efekt je větší, než se předpokládá a tedy by malé „čeřiny“ na mikrovlnné mapě měly být ještě menší. Kredit: NASA/WMAP a Shanks/Durham University

"Když jsme zkontrolovali rádiové zdroje v mikrovlnném pozadí změřeném WMAP, zjistili jsme, že jsou více rozprostřené, než to tým vědců pracujících na projektu WMAP předpokládal“ vysvětluje Shanks " Kdybychom měli pravdu, mělo by to pro kosmologii závažné důsledky."

Pokud je chyba způsobená vyhlazením ve skutečnosti větší, než se předpokládá, znamená to, že výkyvy (fluktuace) naměřené v intenzitě záření mikrovlnného pozadí jsou ve skutečnosti menší, než se jeví. Právě rozměr těchto fluktuací je klíčovým parametrem podporujícím teorii o existenci temné hmoty a temné energie. Slovy Shankse: S menšími „čeřinami“ bychom nemuseli do obrazu vesmíru zavádět exotické pojmy jako temná hmota a temná energie na to, abychom vysvětlili obraz, který vyvstal z analýz měření sondy WMAP.

Zvětšit obrázek

Vesmírná sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Kredit: NASA/WMAP

Je zcela logické, že si britští astrofyzici u svých amerických kolegů, kteří měření WMAP analyzují, nešplhli. Ti za svými výsledky neochvějně stojí a bodové rádiové zdroje, které pro kontrolu kalibrace použili Shanks a Sawangwit, považují za příliš vzdálené a slabé pro výpočet chyb způsobených vyhlazením (plošným rozostřením fluktuací). Proto je nutné brát v úvahu mnoho těchto zdrojů a zprůměrovat je. Tým WMAP nepovažuje tuto metodu za dostatečně průkaznou a přesnou.
Navíc vytýkají Shankovi, že do svých výpočtů nezahrnul vše, co měl a obešel právě krok, který k rozptylu přispívá, ale který je nevyhnutné udělat. Na oplátku i Shanks, i když vědomý si připomínek, trvá na svých závěrech: "Nemyslíme si, že je v tom problém".

Shanks se zjevně nerad smiřuje s tím, že téměř celý vesmír je tvořený něčím, čeho podstata nám uniká v temnotách, ve kterých se nesvítí. S mladým Sawangwitem a čtyřmi dalšími kolegy z Austrálie a Spojených států již koncem loňského roku nanesli na obraz vesmíru další odstín nejistoty – také prostřednictvím článku v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Tentokráte porovnali mapu teplotních fluktuací z měření sondy WMAP s hustotní mapou ze Sloanovy digitální prohlídky oblohy (Sloan Digital Sky Survey - SDSS) s 1,5 milionem zářivých galaxií s rudým posuvem 0,2 < z < 0,9. Vzájemným porovnáváním obou různých obrazů vesmíru hledali míru působení takzvaného Integrovaného Sachsova–Wolfeova (ISW) jevu. ISW efekt se projevuje na energii fotonů, které v době od posledního rozptylu po současnou detekci na Zemi prolétávají velkými gravitačními potenciálovými jámami ve stále rychleji se rozpínajícím prostoru.

Zvětšit obrázek

Efekt galaktické nadkupy – ve vesmíru bez temné energie se počátečný modrý posuv frekvence fotonu prolétajícího nadkupou galaxií zcela vykompenzuje rudým posuvem, který se projeví, když nadkupu opouští. Spodní foton je ale konfrontován zrychlující se expanzí prostoru a po průletu nadkupou si odnáší „kousíček“ nabyté energie, která se projeví vyšší frekvencí, tedy nepatrně zvýšenou teplotou záření. Kredit: IOP-physicsworld.com

Když fotony kosmického mikrovlnného pozadí vlétají do obrovských galaktických kup, jsou jejich gravitací urychlovány, jako kuličky, jež se kutálejí do (potenciálové) jámy. Jejich frekvence se zvýší (modrý posuv). Když pak fotony z kupy vylétají, vše se vykompenzuje a fotony jsou opět tou samou, ale opačně působící gravitací zpomalovány, jejich frekvence se sníží (rudý posuv) na původní hodnotu. To je ale v případě, že se mezigalaktický prostor rozpíná v čase rovnoměrně. Když se ale po dobu prolétání fotonů velkým seskupením (nadkupou) galaxií prostor mezi nimi zvětšuje stále rychleji, nedochází k úplné kompenzaci a foton si po průletu obrovskou nadkupou odnáší o malinko vyšší energii, než by měl bez působení temné energie. Sondou WMAP naměřené mikrovlnné pozadí prý v sobě tento ISW signál ukrývá a tím potvrzuje akceleraci vesmírného rozpínání. Ale právě to se snaží Shanks s kolegy minimálně zpochybnit a tvrdí, že pro podstatnou část galaxií a jejích seskupení je ISW jev nulový, nebo neprůkazný. Alespoň podle analýz změřeného mikrovlnného pozadí.

O co šestice astrofyziků usiluje, prozrazuje věta v závěru článku: „Kdyby ISW efekt ve všeobecnosti chyběl, pak by to mělo velký vliv na kosmologii, protože by to představovalo závažný důkaz svědčící proti urychlování rozpínání vesmíru…“ Tedy by to zpochybnilo nejen standardní model, ale i jakýkoli jiný modifikovaný model, v němž by měnící se gravitace vedla k urychlování expanze.

Shanks se tedy snaží do hry vrátit mnohem jednodušší obraz vesmíru z dob, kdy Einstein přijal důkazy, že se vesmír zvětšuje a zrušil v rovnicích kosmologickou konstantu. Kdoví, jak by se tento věhlasný génius vypořádal s nynějším standardním modelem, jenž nám umožňuje přímo zkoumat jenom zoufale malý podíl vesmírné podstaty a i z něho by mělo postupně ubývat, jak bude zvětšujícím se prostorem unášen za horizont viditelnosti. Přiznejme si, že i nám laikům by možná trochu odlehlo, kdyby měl Shanks pravdu, protože to převládající neznámo je deprimující. My, kteří nemáme možnost proniknout do všech odborných pro a proti, jednoduše akceptujeme standardní model na základě mnohých mediálních zpráv, jež v absolutní převaze jeho platnost podporují. Opačný názor, vyslovený příliš nahlas někým, kdo by měl dobře rozumět všem souvislostem, je zřídkavý. Nemusí být zcela správný, ale pokud autor korektně dodržel pravidla hry na vědu a nesnažil se o kýžený výsledek za každou cenu, pak je jeho práce přínosem. Nutí k zamyšlení a prověření jeho závěrů i zpochybňované metodiky, nebo i celé teorie. Podle mediální zprávy Durhamské university „je důkaz pro existenci temné hmoty slabší, než byl v třicátých letech 20. století, kdy Fritz Zwicky jako první odhalil problém „chybějící hmoty“ v centrech velkých galaktických kup. Pozorování rentgenových satelitů jako jsou Chandra a XMM-Newton však svědčí o velkém množství horkého plynu v těchto kupách galaxií, ale i samotné galaxie a hvězdy snížily nesoulad způsobený chybějící hmotou (temnou hmotou) deset až sto násobně!“

Zmíněné články v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: první z června 2010, druhý z prosince 2009 .

Zdroje:  Press Release Durham University