Na stopě tajemné síly ve vesmíru – vědci vrhají nové světlo na temnou energii

Pomocí pokročilých vesmírných dalekohledů a datových souborů vědci dospěli k závěru, že temná energie, která představuje asi 76 % energetické hustoty vesmíru, je rovnoměrně rozprostřena po celém vesmíru a zůstává konstantní v průběhu času. Počáteční studie temné energie pomocí dalekohledu eROSITA naznačuje, že je rovnoměrně rozptýlena v prostoru i čase.

Pozorování vzdálených galaxií Edwinem Hubblem ve 20. letech 20. století vedlo k převratnému závěru, že náš vesmír je ve stavu rozpínání. Až v roce 1998 však vědci studující supernovy typu Ia přišli k překvapivému odhalení. Zjistili, že vesmír se nejen zvětšuje, ale jeho rozpínání se zrychluje. „Abychom vysvětlili toto zrychlení, potřebujeme znát zdroj,“ říká Joe Mohr, astrofyzik z LMU (Ludwig-Maximilians-Universität). „A my o tomto zdroji mluvíme jako o 'temné energii', která poskytuje jakousi 'antigravitaci' k urychlení expanze vesmíru.“

Z vědeckého hlediska je existence temné (skryté) energie a kosmického zrychlení překvapením, což naznačuje, že naše současné chápání fyziky je buď neúplné, nebo nesprávné. Význam zrychlující se expanze byl zdůrazněn v roce 2011, kdy jeho objevitelé obdrželi Nobelovu cenu za fyziku.

„Mezitím se povaha temné energie stala dalším problémem, který získal Nobelovu cenu,“ říká Mohr. Nyní I-Non Chiu z National Cheng Kung University na Tchaj-wanu ve spolupráci s astrofyziky LMU Matthiasem Kleinem, Sebastianem Bocquetem a Joe Mohrem zveřejnil první studii temné energie pomocí rentgenového dalekohledu eROSITA, který se zaměřuje na kupy galaxií.

Antigravitace způsobená temnou energií možná oddaluje objekty od sebe a potlačuje vznik velkých kosmických objektů, které by se jinak vytvořily díky přitažlivé gravitační síle. Temná energie jako taková ovlivňuje, kde a jak vznikají největší objekty ve vesmíru – jmenovitě kupy galaxií s celkovou hmotností od 10^13 do 10^15 hmotností Slunce. „Můžeme se hodně naučit o povaze temné energie tím, že spočítáme počet galaktických kup vytvořených ve vesmíru jako funkci času – nebo v pozorovaném světě jako funkci rudého posuvu,“ vysvětluje Klein.

Kupy galaxií jsou však extrémně vzácné a těžko se hledají, což vyžaduje průzkumy velké části oblohy pomocí nejcitlivějších dalekohledů na světě. Za tímto účelem byl v roce 2019 vypuštěn rentgenový vesmírný dalekohled eROSITA – projekt vedený Institutem Maxe Plancka pro extraterestrickou fyziku (MPE) v Mnichově, aby provedl celooblohový průzkum za účelem hledání kup galaxií. V eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), miniprůzkumu navrženém pro ověření výkonnosti následného celooblohového průzkumu, bylo nalezeno asi 500 kup galaxií. To představuje dosud jeden z největších vzorků galaktických kup s nízkou hmotností a zahrnuje posledních 10 miliard let kosmického vývoje.

Chiu a jeho kolegové použili pro svou studii nad daty eFEDS další datový soubor – optická data ze strategického programu Hyper Suprime-Cam Subaru, který vedou astronomické komunity Japonska a Tchaj-wanu a Princetonská univerzita. Bývalý doktorandský výzkumný pracovník LMU I-Non Chiu a jeho kolegové z LMU použili tato data k charakterizaci shluků galaxií v eFEDS a měření jejich hmotnosti pomocí procesu slabé gravitační čočky. Kombinace těchto dvou datových souborů umožnila první kosmologickou studii využívající kupy galaxií detekované eROSITA.

Jejich výsledky ukazují, že na základě srovnání dat a teoretických předpovědí tvoří temná energie asi 76 % celkové hustoty energie ve vesmíru. Kromě toho výpočty ukázaly, že hustota temné energie se zdá být jednotná v prostoru a konstantní v čase.

„Naše výsledky také dobře souhlasí s jinými nezávislými přístupy, jako jsou předchozí studie shluků galaxií, stejně jako ty, které používají slabé gravitační čočky a kosmické mikrovlnné pozadí,“ říká Bocquet. Dosud všechny pozorovací důkazy, včetně nejnovějších výsledků z eFEDS, naznačují, že temnou energii lze popsat jednoduchou konstantou, obvykle označovanou jako „kosmologická konstanta“.

„Ačkoli jsou současné chyby na omezeních temné energie stále větší, než bychom si přáli, tento výzkum využívá vzorek z eFEDS, který koneckonců zabírá plochu menší než 1 % celé oblohy,“ říká Mohr. Tato první analýza tak položila pevný základ pro budoucí studie celooblohového vzorku eROSITA i dalších získaných vzorků.

Zdroj: https://scitechdaily.com/on-the-trail-of-a-mysterious-force-in-space-scientists-shed-new-light-on-dark-energy/

autor: František Martinek