Prof. Pavel Kroupa, vedoucí Výzkumné skupiny pro hvězdné populace a dynamiku. Hostující profesor na Karlově univerzitě v Praze. Kredit: Instituto de Astrofísica, La Pontificia Universidad Católica de Chile, snímek z Webmináře (zde)

Nestává se často, že se v novinkách z vědy objeví jméno znějící povědomě česky. Navíc ve stati s provokativním názvem: „Nové možné vysvětlení Hubbleova rozporu“ s podtitulem „Studie univerzit v Bonnu a St Andrews (Skotsko) navrhuje řešení jedné z největších záhad kosmologie“, kterou Univerzita v Bonnu zveřejnila v rámci tiskových zpráv. Přibližuje studii, jejíž hlavním autorem je 60letý astrofyzik českého původu, profesor Pavel Kroupa. Již jeho jméno mnohým napoví, že práce slibující řešení velké kosmologické záhady se s velikou pravděpodobností týká řešení pomocí Modifikované Newtonovské Dynamiky, známé pod zkratkou MOND. Profesor Kroupa z Helmholtzova ústavu pro radiační a jadernou fyziku Oddělení fyziky a astronomie Matematicko-přírodovědecké fakulty Bonnské univerzity je známým dlouholetým zastáncem teorie, která nepolapitelnou temnou hmotu nahrazuje pozměněnou formou Newtonova zákona. Podle něho například gravitační síla, která na hvězdu ve vzdálených vnějších oblastech galaxie působí, není úměrná dostředivému zrychlení hvězdy, jak je tomu na astronomicky kratší vzdálenosti, nýbrž jeho druhé mocnině. Takto formulovaná závislost umožňuje bez zavedení temné hmoty vysvětlit rozpor mezi výpočty vycházejícími z Newtonovy mechaniky a skutečně naměřenými vysokými rychlostmi hvězd u obvodu galaxie.

Teorii MOND právě před 40 lety, v roce 1983, publikoval izraelský fyzik Mordehai Milgrom. Sice se ji nepodařilo zaujmout pevnou pozici v „mainstreamové“ vědě, nicméně to, že přežívá a má mezi vědci nemálo přívrženců dokazuje, že dokud bude v jistých případech nabízet zajímavá, ale hlavně obhajitelná řešení, bude stále součástí korektního vědeckého poznávání. Teorie MOND si samozřejmě hledá své uplatnění tam, kde pozorování neodpovídá teoretickým předpokladům vycházejícím z teorie gravitace, tedy z obecné teorie relativity.

Autor modifikované newtonovské dynamiky (MOND), Mordehai Milgrom je izraelský fyzik a profesor na katedře fyziky kondenzovaných látek Weizmannova institutu v Rehovotu v Izraeli. Kredit: Weizmann Institute of Science, volné dílo

Jedním z příkladů je měření hodnoty Hubbleovy konstanty a takzvaný „Hubbleův rozpor“, o němž jsme psali zde. Proto jen stručně připomeňme, že Hubbleova (Hubble-Lemaîtrova) konstanta charakterizuje rychlost rozpínání vesmíru v daném čase. Vyjadřuje, jak se zvýší rychlost vzdalování se dvou gravitačně nespoutaných objektů vlivem expanze mezigalaktického prostoru, když jejich vzájemná vzdálenost vzroste o jeden megaparsek, tedy o 3 miliony 261 tisíc 563,777 světelných let. Měření pomocí takzvaných standardních svíček – supernov typu Ia, nebo proměnných hvězd pojmenovaných Cefeidy, poskytují hodnoty Hubblovy konstanty vyšší než analýzy nepatrných rozdílů v teplotní mapě reliktního záření. Tyto jemné fluktuace dokáže velice přesně zmapovat kosmický dalekohled Planck evropské agentury ESA. Zatímco nejnovější hodnota Hubblovy konstanty získaná první z těchto metod je 73,04 ± 1,04 km/s/Mpc (2021), ta druhá zatím vedla k hodnotám 67 ± 3 nebo 67,66 ± 0,42 km/s/Mpc (2018). V propočtu na kilometry za hodinu na megaparsek je rozdíl kolem 20 000 km/h/Mpc. (Pozn.: Podrobně o výsledcích různých metod měření Hubbleovy konstanty pojednává článek NASA „Hubble constant“ i s odkazy na příslušné studie - zde).

Srovnání pozorovaných a očekávaných rotačních křivek v typické spirální galaxii (M33) Kredit: Stefania.deluca, Wikimedia Commons, volné dílo

"Zdá se tedy, že vesmír se v našem okolí – tedy do vzdálenosti asi tří miliard světelných let – rozpíná rychleji než v celém svém rozsahu. Což by ve skutečnosti být nemělo," přízvukuje prof. Kroupa, jehož tým se snaží tento "Hubbleův rozpor" odstranit právě pomocí teorie MOND. Studii zveřejnil na stránkách listopadového vydání časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), kde je volně přístupná.

Abychom mohli pochopit vysvětlení prof. Kroupy a jeho kolegů, musíme si přiblížit strukturu okolního vesmíru. Víme, že naše Mléčná dráha patři do Místní skupiny galaxií a že spolu s ní je součástí Místní nadkupy galaxií, jež má průměr asi 110 milionů světelných let. A ta je jen výběžkem rozměrnější nadkupy Laniakea táhnoucí se prostorem napříč 520 milionů světelných let (více zde). Z tohoto pohledu se zdá, že kolem nás je celkem „hmotně“. Vše však závisí od nadhledu. Doslova. Kdybychom mohli naše ještě širší vesmírné okolí pozorovat s odstupem několik miliard světelných let, aniž bychom museli příslušnou věčnost čekat na světlo přinášející „aktuální obraz“, prý bychom zjistili, že navzdory zmíněným galaktickým seskupením se nacházíme v gigantické oblasti s nižší hustotou hmoty, než má okolí. Tento prostor s průměrem kolem 2 miliardy světelných let byl pojmenován „Místní dírou“ (Local hole - zde), nebo také „KBC prázdnotou“ (KBC Void), kde KBC jsou první písmena přímení astronomů, kteří před deseti lety tuto bublinu zkoumali – Keenan, Bargerová a Cowie (zde). Podle prof. Kroupy a jeho spoluautorů vnější oblast vesmíru obklopující Místní díru svou vyšší hustotou hmoty gravitačně působí na galaxie uvnitř bubliny a přitahuje je k jejím okrajům. "Proto se od nás vzdalují rychleji, než bychom ve skutečnosti očekávali," vysvětluje jeden z autorů studie, Indranil Banik ze St Andrews University. To pak způsobuje  postupné vyprazdňování Místní díry a její podprůměrnou hustotu hmoty. „Kroupovci“ poukazují i na výsledky jiných studií. Autoři jedné z nich změřili průměrnou rychlost velkého počtu galaxií, které jsou od nás vzdáleny 600 milionů světelných let. „Zjistilo se, že tyto galaxie se od nás vzdalují čtyřikrát rychleji, než připouští standardní kosmologický model“ cituje univerzitní tisková zpráva Sergija Mazurenka z Kroupova týmu. Žel citovanou studii text zprávy neupřesňuje, lze předpokládat, že se jedná o nedávný článek zveřejněný v září v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society pod názvem „Analýza velkorozměrového objemového toku pomocí cosmicflows4: rostoucí rozpor se standardním kosmologickým modelem“ (zde).

Zobrazení rozložení hmoty v okolním kosmickém prostoru. Žluté body představují jednotlivé galaxie. Mléčná dráha označena zeleně leží v oblasti s nízkou hustotou hmoty. Galaxie v této bublině se vlivem gravitace pohybují směrem k vyšší hustotě hmoty za její hranicí (červené šipky). Zdá se tedy, že vesmír se uvnitř bubliny rozpíná rychleji. Kredit: AG Kroupa/University of Bonn

Podle prof. Kroupy tento výrazný nesoulad je důsledkem toho, že standardní ΛCDM model s takovými oblastmi s nízkou hustotou, tedy "bublinami prázdnoty" nepočítá, ve skutečnosti by prý neměly existovat a hmota na velkých vesmírných škálách by měla být rozložena rovnoměrně. Jenže kdyby tomu tak, jak model předpokládá, bylo, šlo by jen velmi obtížně vysvětlit, jaké síly pohánějí galaxie k jejich vysokým rychlostem.

"Standardní model vychází z teorie o podstatě gravitace, kterou předložil Albert Einstein. Gravitační síly se však mohou chovat jinak, než Einstein předpokládal, " tvrdí Kroupa. Jeho bonnská pracovní skupina spolu s kolegy z Univerzity v St. Andrews použila při počítačových simulacích gravitaci definovanou podle MOND, tedy modifikované newtonovské dynamiky. "V našich výpočtech však MOND skutečně přesně předpovídá existenci takových bublin," tvrdí Kroupa. „Pokud bychom předpokládali, že se gravitace skutečně chová podle předpokladů Mordehaie Milgroma, Hubbleoův rozpor by zmizel. Ve skutečnosti by existovala pouze jedna konstanta pro rozpínání vesmíru a pozorované odchylky by byly způsobeny nepravidelnostmi v rozložení hmoty.“

I když předcházející citát by byl hezkým závěrem, dodejme, že nejen standardní ΛCDM model vesmíru, jenž vyžaduje existenci chladné temné hmoty, ukrývá rozpory. Své otravně bzučící mouchy má také temnou hmotu nevyžadující „Milgromova gravitační logaritmická dynamika“, jak alternativní koncepci modifikované gravitace prof. Kroupa nazývá. Našli bychom mnoho příkladů, v nichž selhává. Vždyť kdyby to tak nebylo, patřila by po 40 letech své existence k „mainstreamu“.

Video: Starší přednáška prof. Kroupy podaná v půvabné češtině člověka, který s rodiči v roce 1968 opustil rodnou zemi, aby pak studoval, bádal a přednášel na vědeckých pracovištích v různých koutech světa. Nyní je vedoucím výzkumné skupiny, která se na Univerzitě v Bonnu zabývá hvězdnou populací a dynamikou.

Prof. Pavel Kroupa – 2x10 argumentů proti existenci záhadné temné hmoty - 1. část (KS ČAS 29.11.2017)

Video: Stručné vysvětlení teorie MOND – Modifikované newtonovské dynamiky v podaní německé youtuberky Sabiny Hossenfelderové, která vystudovala teoretickou fyziku a ve svých videích se zabývá přednostně fyzikou. Její angličtina je pro našince dobře srozumitelná. V jednom z nedávných videí se vyjádřila, že podle jejího názoru platí jak standardní model vesmíru vycházející z Einsteinovy obecné teorie relativity, tak teorie MOND. Není se čemu divit. Temná hmota si uchovává svou neproniknutelnou temnotu již dlouhých 90 let! A to je dost deprimující.

Literatura: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society