Rozpínání vesmíru změřeno s doposud největší přesností

Astronomové využili Hubbleův kosmický teleskop HST a evropskou astrometrickou družici Gaia k uskutečnění nejpřesnějších měření rychlosti rozpínání vesmíru od doby, kdy byla poprvé téměř před sto roky vypočítána hodnota Hubbleovy konstanty. Výsledky publikované v časopise Astrophysical Journal poskytly další důkazy o nesouladu mezi rychlostí rozpínání blízkého okolního vesmíru a vesmíru v počátcích jeho existence.

Tento „rozpor“ naznačuje, že zde může existovat nová fyzika obsažená již v základech vesmíru. Možnosti vysvětlení zahrnují vzájemné působení temné hmoty a temné energie, které jsou dokonce více exotičtější, než jsme si doposud mysleli; nebo se může jednat o zatím neznámé částice v kosmickém prostoru.

„Tento rozpor se zdá růst do úplného vzájemného nesouladu mezi naším pohledem na počátek a pozdější období vesmíru,“ říká profesor Adam Riess ze Space Telescope Science Institute a Johns Hopkins University. „V tomto ohledu se samozřejmě nejedná o nějakou hrubou chybu v jakémkoliv měření. Je to podobné, jako když předpovíte na základě nějakých předpokladů, jak vysoké bude dítě, až vyroste. A potom zjistíte, že dospělý muž či žena značně překonali tyto dřívější prognózy. Jste z toho velmi rozpačití.“

V roce 2005 Adam Riess se svými spolupracovníky z týmu Supernova H0 for the Equation of State (SHOES) uskutečnil měření rychlosti rozpínání vesmíru s nebývalou přesností. V následujících letech na základě zpřesnění pozorovacích metod snížili astronomové hodnotu nejistoty měření rychlosti rozpínání na nevídanou úroveň – s chybou měření 2,5 %. Nyní při použití výkonného teleskopu HST a astrometrické družice Gaia na základě zkombinování výsledků jejich pozorování vědci ještě zmenšili chybu měření na pouhých 2,2 %.

Adam Riess a jeho spolupracovníci využili kosmické observatoře HST a Gaia k nejpřesnějšímu určení rychlosti rozpínání vesmíru. Tyto výpočty vznikly na základě měření vzdáleností blízkých galaxií prostřednictvím hvězd označovaných jako cefeidy, což jsou proměnné hvězdy využívané jako kosmické milníky. Porovnáním jejich skutečné jasnosti určené pomocí HST s jejich zdánlivou jasností při pohledu ze Země astronomové vypočítali jejich vzdálenosti. Gaia zpřesnila tyto milníky určené podle cefeid uvnitř naší Galaxie na základě tzv. paralaxy. To umožnilo astronomům mnohem přesněji porovnávat vzdálenosti cefeid, které se nacházejí za hranicemi Mléčné dráhy.

Astronomové určili současnou hodnotu rychlosti rozpínání vesmíru na 73,5 kilometrů za sekundu na megaparsek. To znamená, že na každých 3,3 miliónu světelných let vzdálenosti, jak se zdá, se galaxie od nás vždy vzdalují rychlostí o 73,5 km/s vyšší. Nicméně výsledky měření z jiné kosmické observatoře ESA s názvem Planck udávají, že by se měl vesmír v současné době rozpínat rychlostí 67 kilometrů za sekundu na megaparsek.

„Družice Planck však mapovala prvotní vesmír tak, jak vypadal pouhých 360 000 roků po Velkém třesku,“ vysvětlují autoři studie. „Celá obloha má v sobě vtisknutou signaturu Velkého třesku zakódovanou v mikrovlnném záření. Kosmická observatoř Planck měřila velikosti zvlnění v tomto kosmickém mikrovlnném pozadí (Cosmic Microwave Background – CMB), které bylo vytvořeno v důsledku nepatrných nepravidelností při Velkém třesku (Big Bangu). Jemné detaily těchto nepatrných vlnek v sobě ukrývají záznam, jak velké množství temné a normální hmoty se zde nachází, jaká je trajektorie rozpínání vesmíru v čase a další kosmologické parametry.“

Tato měření jsou stále ještě vyhodnocována. Poskytují vědcům předpověď, jak by se raný vesmír pravděpodobně vyvíjel co do rychlosti expanze, kterou můžeme naměřit dnes. Avšak tyto předpovědi neodpovídají novým měřením našeho současného blízkého vesmíru.

„Na základě doplnění těchto nových dat získaných pomocí Hubbleova teleskopu a družice Gaia nyní máme opravdový rozpor ve srovnání s údaji CMB získaných družicí Planck,“ doplňuje George Efstathiou z Kavli Institute for Cosmology, člen týmu družice Planck, který nebyl zapojen do této nové práce.

Cílem astronomů pod vedením Adama Riesse je počátkem příštího desetiletí snížit chybu měření rychlosti rozpínání vesmíru (hodnotu tzv. Hubbleovy konstanty) na základě dalších měření družice Gaia na pouhé jedno procento.

Zdroj: http://www.sci-news.com/astronomy/universes-expansion-hubble-gaia-06205.html a http://hubblesite.org/news_release/news/2018-34

autor: František Martinek