Aktivní galaxie ukazují na novou fyziku rozpínání vesmíru

Z nové studie vzniklé na základě dat z kosmické observatoře NASA s názvem Chandra X-ray Observatory a astronomické družice XMM-Newton Evropské kosmické agentury ESA vyplývá, že se temná energie měnila v průběhu kosmického věku. Umělecká ilustrace v úvodu článku pomáhá vysvětlit, jak astronomové vypátrali účinky temné energie v období asi jedné miliardy roků po Velkém třesku na základě určení vzdálenosti kvasarů – rychle rostoucích černých děr, které svítí mimořádně jasně. Nové výsledky ukázaly, že vliv temné energie na rozpínání vesmíru v jeho mladém věku byl jiný než dnes.

Rychlost rozpínání vesmíru označovaná jako Hubbleova konstanta byla v poslední době neuvěřitelně zpřesněna. Každá nová zkouška odlišnými metodami vede k jejímu zpřesnění. Nová data z evropské družice Planck, která měřila mikrovlnné kosmické pozadí, vedla k hodnotě 67,4 kilometrů za sekundu na megaparsek (km/s/Mpc) s chybou menší než 1 %.

Jiné metody typicky zahrnují použití „standardních svíček“ – objektů se známou svítivostí, jako jsou například proměnné hvězdy známé jako cefeidy či supernovy typu Ia – z jejichž pozorované jasnosti může být vypočítána jejich vzdálenost.

V posledních letech vedly výpočty Hubbleovy konstanty na základě proměnných hvězd typu cefeid k hodnotě 73,5 km/s/Mpc. Avšak před několika lety si astronomové uvědomili, že vzdálenosti k jiným objektům mohou být určeny s mnohem větší přesností pomoci jiných „svíček“. Jedná se o kvasary společně s jejich supermasivními černými děrami.

Temná energie byla objevena zhruba před 20 lety na základě určení vzdáleností explodujících hvězd nazvaných supernovy. Tato substance je navrhovaný druh síly či energie, která prostupuje celý vesmír a způsobuje jeho zrychlující se rozpínání. Použitím metody pozorování kvasarů vědci vystopovali účinky temné energie až do období zhruba před 9 miliardami roků.

Poslední závěry pramení z vyvinuté nové metody určení vzdáleností 1 598 kvasarů, která umožnila astronomům změřit účinky temné energie od raného věku vesmíru až do současnosti. Dva z nejvzdálenějších kvasarů studovaných družicí Chandra jsou znázorněny na vložených obrázcích v úvodu článku.

Nová technika využívá data z oboru ultrafialového a rentgenového záření k odhadu vzdáleností kvasarů. V kvasarech – uvnitř disku hmoty kolem supermasivní černé díry v centrech galaxií – vzniká ultrafialové záření (na ilustraci znázorněno modrou barvou). Některé z fotonů UV záření se srážejí s elektrony v oblaku horkého plynu (na ilustraci znázorněny žlutě) nad a pod diskem, a tyto kolize mohou zvýšit energii UV záření až na úroveň rentgenové emise. Interakce vede ke korelaci mezi množstvím pozorovaného UV a X záření. Tato souvztažnost závisí na svítivosti kvasaru, na množství uvolňovaného záření.

Použitím této metody se z kvasarů staly standardní svíčky, jak je naznačeno na publikované ilustraci. Jakmile je známá svítivost, vzdálenost kvasarů může být vypočítána z množství pozorovaného záření.

Astronomové zpracovali data o ultrafialovém záření pro 1 598 kvasarů za účelem odvození vztahu mezi UV zářením a rentgenovými paprsky a vzdáleností kvasarů. Následně tyto informace využili ke studiu rychlosti rozpínání vesmíru zpět v čase do období velmi raného vesmíru. Objevili důkazy, že množství temné energie narůstá s časem.

Protože se jedná o novou metodu, astronomové učinili další kroky, aby dokázali, že tato metoda poskytuje spolehlivé výsledky. Ukázali, že závěry tohoto postupu se vyrovnají měřením pomocí supernov za posledních 9 miliard roků, což jim dává jistotu, že výsledky jsou věrohodné až do raného období vesmíru. Vědci rovněž věnovali velkou pozornost výběru kvasarů za účelem minimalizace statistických chyb a aby se vyvarovali systematických chyb, které mohou záviset na vzdálenosti Země od pozorovaného objektu.

Článek s těmito závěry publikovali 28. 1. 2019 Guido Risaliti (University of Florence, Itálie) a Elisabeta Lusso (Durham University, Velká Británie) v časopise Nature Astronomy. Online je dostupný na https://arxiv.org/abs/1811.02590.

Zdroj: https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/astronomers-find-dark-energy-may-vary-over-time.html; https://www.sciencealert.com/the-universe-is-expanding-faster-than-we-thought-it-might-take-new-physics-can-explain-it a http://chandra.harvard.edu/photo/2019/dark/

autor: František Martinek