Nová data naznačují, že se temná energie vyvíjí

Astrofyzikové z Chicagské univerzity vyvinuli modely založené na fyzice, které naznačují, že by se temná energie mohla v průběhu času měnit. Temná energie, záhadná síla, která způsobuje zrychlující se rozpínání vesmíru, zůstává jednou z největších záhad moderní kosmologie. Přední teorie dnes tvrdí, že temná energie je konstantní vlastností samotného prostoru, přičemž vnitřní energie vakua pohání kosmické zrychlení.

Nové výsledky z průzkumu temné energie (DES) a spektroskopického přístroje temné energie (DESI – Dark Energy Spectroscopic Instrument), které byly zveřejněny v loňském roce, však znovu vyvolaly debatu a naznačují, že temná energie nemusí být konstantní, ale že se v čase vyvíjí. „Toto by byl náš první náznak toho, že temná energie není kosmologická konstanta, kterou zavedl Einstein před více než 100 lety, ale nový dynamický jev,“ vysvětlil Josh Frieman, emeritní profesor astronomie a astrofyziky.

Nedávná studie publikovaná v září v časopise Physical Review D od autorů Joshe Friemana a Anowara Shajiba, člena Einsteinova programu NASA Hubble Fellowship Program v oboru astronomie a astrofyziky, tuto možnost podporuje. Kombinací dat z více pozorování vědci zjistili, že modely popisující temnou energii jako dynamickou, vyvíjející se veličinu se více shodují se současnými pozorováními než ty, které předpokládají pevnou kosmologickou konstantu.

Shajibův výzkum se zaměřuje na observační kosmologii a evoluci galaxií, přičemž k měření Hubbleovy konstanty a stanovování omezení vlastností temné energie využívá silné gravitační čočky. Friemanova práce se zaměřuje na rozsáhlé kosmické průzkumy, včetně Sloan Digital Sky Survey (SDSS) a DES, s cílem odhalit, jak vesmír vznikl a vyvíjel se – a v konečném důsledku, co temná energie skutečně je.

Se Shajibem a Friemanem jsme hovořili o nových modelech prezentovaných v jejich studii, o tom, co by tato zjištění mohla znamenat pro kosmologii a co by mohl odhalit budoucí výzkum.

Proč je temná energie významná při studiu vesmíru?
Frieman: Nyní přesně víme, kolik temné energie je ve vesmíru, ale nemáme žádné fyzikální pochopení toho, co to je. Nejjednodušší hypotéza je, že se jedná o energii samotného prázdného prostoru, v takovém případě by se v čase neměnila. Tato myšlenka sahá až k Einsteinovi, Lemaîtrovi, de Sitterovi a dalším na počátku minulého století. Je trochu trapné, že máme jen malou nebo žádnou představu o tom, co tvoří 70 procent vesmíru. A ať už je to cokoliv, určí to budoucí vývoj vesmíru.

Jaká nedávná zjištění vedla kosmology k úvaze, že by se temná energie mohla vyvíjet?
Shajib: Ačkoliv se o dynamickou povahu temné energie zajímáme už od jejího objevu v 90. letech, aby se vyřešily některé pozorovací nesrovnalosti, až donedávna většina hlavních a robustních datových sad byla v souladu s modelem nevyvíjející se temné energie, který je přijímán jako standardní kosmologie. Zájem o vyvíjející se temnou energii se však v loňském roce energicky obnovil díky kombinaci supernov, baryonových akustických oscilací a dat kosmického mikrovlnného pozadí z experimentů DES, DESI a Planck.

Tato kombinace datových sad naznačila silný rozpor se standardním modelem temné energie, který se nevyvíjí. Zajímavou vlastností nevyvíjející se temné energie je, že její hustota zůstává v čase konstantní, i když se prostor rozpíná. U modelu vyvíjející se temné energie se však hustota temné energie s časem mění.

Frieman: Data z těchto průzkumů nám umožňují odvodit historii kosmické expanze – jak rychle se vesmír rozpínal v různých epochách v minulosti. Pokud se temná energie v čase vyvíjí, bude tato historie jiná, než kdyby byla temná energie konstantní. Výsledky historie kosmické expanze naznačují, že za posledních několik miliard let se hustota temné energie snížila přibližně o 10 procent – ne o moc, a mnohem méně než hustoty jiné hmoty a energie, ale stále významně.

Jaký byl cíl této studie a jaké byly celkové závěry?
Shajib a Frieman: Cílem této studie je porovnat předpovědi fyzikálního modelu pro vyvíjející se temnou energii s nejnovějšími soubory dat a z tohoto srovnání odvodit fyzikální vlastnosti temné energie. „Model“ vyvíjející se temné energie použitý ve většině předchozích analýz dat je pouze matematický vzorec, který není omezen na chování fyzikálních modelů.

V našem článku přímo porovnáváme fyzikální modely pro vyvíjející se temnou energii s daty a zjišťujeme, že tyto modely popisují současná data lépe než standardní model nevyvíjející se temné energie. Také ukazujeme, že průzkumy blízké budoucnosti, jako je DESI a Vera Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST), nám budou schopny definitivně říct, zda jsou tyto modely správné, nebo zda je temná energie skutečně konstantní.

Zdroj: https://news.uchicago.edu/story/dark-energy-evolving-uchicago-astrophysicists-consider-possibilities

autor: František Martinek