Vědci z Cambridge objevili nový způsob měření temné energie

Vědci z University of Cambridge objevili nový způsob měření temné energie – tajemné síly, která tvoří více než dvě třetiny vesmíru a je zodpovědná za jeho zrychlující se expanzi. Zjistili, že je možné detekovat a měřit temnou energii studiem galaxie M31 v souhvězdí Andromedy, našeho galaktického souseda, který je na pomalém kolizním kurzu s Mléčnou dráhou.

Od té doby, co byla temná energie poprvé identifikována koncem 90. let 20. století, vědci používali velmi vzdálené galaxie k jejímu studiu, ale teprve nyní ji přímo detekovali. Nicméně vědci z Cambridge zjistili, že studiem toho, jak se Andromeda a Mléčná dráha pohybují k sobě vzhledem ke své kolektivní hmotnosti, by mohli stanovit horní hranici hodnoty kosmologické konstanty, což je nejjednodušší model temné energie. Horní hranice, kterou našli, je pětkrát vyšší než hodnota kosmologické konstanty, kterou lze detekovat z raného vesmíru.

Ačkoliv je tato technika stále na počátku svého vývoje, vědci tvrdí, že by mohlo být možné detekovat temnou energii studiem našeho vlastního kosmického okolí. Výsledky práce byly publikovány v The Astrophysical Journal Letters.

Vše, co můžeme vidět v našem světě a na obloze – od drobného hmyzu po masivní galaxie – tvoří pouhých pět procent pozorovatelného vesmíru. Zbytek je temný: vědci se domnívají, že asi 27 % vesmíru je tvořeno temnou (skrytou) hmotou, která drží předměty pohromadě, zatímco 68 % tvoří temná energie, která předměty od sebe odpuzuje.

„Temná energie je obecný název pro rodinu modelů, které byste mohli přidat k Einsteinově teorii gravitace,“ řekl hlavní autor David Benisty z katedry aplikované matematiky a teoretické fyziky. „Nejjednodušší verze toho je známá jako kosmologická konstanta: konstantní hustota energie, která odpuzuje galaxie od sebe.“

Kosmologickou konstantu dočasně přidal Einstein do své teorie obecné relativity. Od 30. do 90. let 20. století byla kosmologická konstanta nastavena na nulu, dokud se nezjistilo, že zrychlené rozpínání vesmíru způsobuje neznámá síla – temná energie. S temnou energií jsou však minimálně dva velké problémy: nevíme přesně, co to je, a přímo jsme to nezjistili.

Od té doby, co byla poprvé identifikována, vyvinuli astronomové řadu metod k detekci temné energie, z nichž většina zahrnuje studium objektů z raného vesmíru a měření, jak rychle se od nás vzdalují. Rozluštit účinky temné energie z doby před miliardami let není snadné: jelikož se jedná o slabou sílu mezi galaxiemi, temnou energii snadno překonávají mnohem silnější síly uvnitř galaxií.

Existuje však jedna oblast vesmíru, která je překvapivě citlivá na temnou energii, a to na našem vlastním kosmickém „dvorku“. Galaxie Andromeda je nejblíže Mléčné dráze a obě galaxie jsou na kolizní dráze. Jak se přibližují, začnou obě galaxie kolem sebe obíhat – velmi pomalu. Jeden oběh bude trvat 20 miliard let. Kvůli masivním gravitačním silám se však tyto dvě galaxie začnou spojovat mnohem dříve, než dojde k dokončení jediného oběhu – asi za pět miliard let.

„Andromeda je jediná galaxie, která před námi neutíká, takže studiem její hmoty a pohybu můžeme být schopni učinit určitá rozhodnutí o kosmologické konstantě a temné energii,“ řekl Benisty, který je také výzkumným pracovníkem ve společnosti Queens' College.

Pomocí řady simulací založených na nejlepších dostupných odhadech hmotnosti obou galaxií Benisty a jeho spoluautoři – profesorka Anne Davisová z DAMTP a profesor Wyn Evans z Ústavu astronomie – zjistili, že temná energie ovlivňuje způsob, jakým galaxie M31 v Andromedě a Mléčná dráha obíhají kolem sebe.

„Temná energie ovlivňuje každou dvojici galaxií: gravitace chce galaxie přitáhnout k sobě, zatímco temná energie je od sebe odpuzuje,“ řekl Benisty. „Pokud v našem modelu změníme hodnotu kosmologické konstanty, můžeme vidět, jak to změní oběžnou dráhu dvou galaxií. Na základě jejich hmotnosti můžeme stanovit horní hranici kosmologické konstanty, která je asi pětkrát vyšší, než můžeme změřit ze zbytku vesmíru.“

Vědci tvrdí, že i když by se tato technika mohla ukázat jako nesmírně cenná, zatím se nejedná o přímou detekci temné energie. Data z teleskopu Jamese Webba (JWST) poskytnou mnohem přesnější měření hmotnosti a pohybu Andromedy, což by mohlo pomoci snížit horní hranice kosmologické konstanty.

Studiem dalších párů galaxií by navíc mohlo být možné tuto techniku dále zdokonalit a určit, jak temná energie ovlivňuje náš vesmír. „Temná energie je jednou z největších hádanek v kosmologii,“ řekl Benisty. „Mohlo by se stát, že její účinky se liší v závislosti na vzdálenosti a čase, ale doufáme, že tato technika by mohla pomoci záhadu rozluštit.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/cambridge-researchers-discover-new-way-to-measure-dark-energy/

autor: František Martinek