Počítačový tomograf odhalil překvapivý zvrat ve vývoji vesmíru

Během miliard let se vesmír proměnil z jednoduššího stavu ve složitou kosmickou síť, ale nový výzkum naznačuje, že růst vesmírných struktur nemusel probíhat přesně podle předpovědí. Pomocí dat z Atacama Cosmology Telescope a Dark Energy Spectroscopic Instrument vědci porovnali dávné vesmírné světlo s moderním rozložením galaxií, čímž v podstatě vytvořili vícerozměrnou kosmickou časovou osu. Jejich zjištění odhalují drobnou, ale zajímavou nesrovnalost: zdá se, že hmota je dnes o něco méně „hrudkovitá“, než předpokládaly dřívější modely. Tato jemná nepravidelnost sice není natolik velká, aby přepsala fyziku, ale otevírá vzrušující možnosti ohledně sil, jako je temná energie, které by mohly nenápadně přetvářet vesmír.

Kosmický tanec hmoty
V průběhu vesmírné historie mocné síly formovaly hmotu a postupně splétaly vesmír do stále složitější sítě struktur. Nový výzkum, který vedli Joshua Kim a Mathew Madhavacheril z Pensylvánské univerzity spolu se spolupracovníky z Lawrence Berkeley National Laboratory, nyní naznačuje, že vesmír se během své 13,8 miliardy let dlouhé historie stal „chaotičtějším a složitějším“. Konkrétně se zdá, že rozložení hmoty je méně „neuspořádané“, než předpovídaly modely.

„V naší práci jsme vzájemně porovnávali dva typy datových souborů z doplňujících se, ale velmi odlišných průzkumů,“ říká Madhavacheril, „a zjistili jsme, že příběh vzniku struktur je z velké části pozoruhodně konzistentní s předpověďmi Einsteinovy gravitace. Zaznamenali jsme náznak malé odchylky v množství očekávaných shluků v nedávných epochách, přibližně před čtyřmi miliardami let, což by mohlo být zajímavé sledovat.“

Vrstvení kosmické časové osy
Data publikovaná v časopise Journal of Cosmology and Astroparticle Physics vycházejí z údajů z poslední verze dat teleskopu Atacama Cosmology Telescope ACT (DR6) a z pozorování Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) z prvního roku. Kombinací těchto datových souborů se týmu podařilo vrstvit různá období kosmického času, podobně jako když se skládají na sebe diapozitivy dávných a moderních fotografií, a vytvořit tak vícerozměrný pohled na vývoj vesmíru.

„ACT, pokrývající přibližně 23 % oblohy, vykresluje obraz počátků vesmíru pomocí vzdáleného, slabého světla, které putuje od Velkého třesku,“ říká první autor článku Joshua Kim, postgraduální výzkumný pracovník Madhavacherilovy skupiny. „Formálně se toto světlo nazývá kosmické mikrovlnné pozadí (CMB), ale někdy mu říkáme prostě obraz miminka vesmíru, protože je to snímek z doby, kdy byl vesmír starý asi 380 000 let.“

Deformace světla napříč vesmírným časem
Cesta tohoto prastarého světla v průběhu evolučního času, neboli stárnutí vesmíru, nebyla přímá, vysvětluje Kim. Gravitační síly velkých, hustých a hmotných struktur, jako jsou kupy galaxií ve vesmíru, deformovaly CMB, podobně jako se deformuje obraz při průchodu čočkou. Tento „efekt gravitační čočky“, který poprvé předpověděl Einstein před více než 100 lety, je způsobem, jakým kosmologové usuzují na její vlastnosti, jako je rozložení hmoty a stáří.

Data DESI naproti tomu poskytují novější záznamy o vesmíru. DESI, který sídlí na Kitt Peak National Observatory v Arizoně a provozuje jej Lawrence Berkeley National Laboratory, mapuje trojrozměrnou strukturu vesmíru studiem rozložení milionů galaxií, zejména jasných červených galaxií (LRG – luminous red galaxies). Tyto galaxie fungují jako kosmické orientační body a umožňují vědcům sledovat, jak se hmota rozprostírala v průběhu miliard let.

Vesmírné památky a fotky jako ze školní ročenky
„LRG z DESI jsou jako novější obrázek vesmíru, který nám ukazuje, jak jsou galaxie rozmístěny v různých vzdálenostech,“ říká Kim a přirovnává tato data k fotce ze školní ročenky vesmíru. „Je to účinný způsob, jak vidět, jak se struktury vyvíjely od mapy CMB až po dnešní stav galaxií.“

Kombinací map na základě dat z CMB ACT a LRG DESI tým vytvořil bezprecedentní překryv mezi dávnou a nedávnou kosmickou historií, což mu umožnilo přímo porovnat měření z raného a pozdního vesmíru. „Tento proces je jako kosmické CT vyšetření,“ říká Madhavacheril, „kdy můžeme procházet různé výseky kosmické historie a sledovat, jak se hmota shlukovala v různých epochách. Umožňuje nám to přímý pohled na to, jak se v průběhu miliard let měnil gravitační vliv hmoty.“

Podivný případ Sigma 8
Přitom si všimli drobné nesrovnalosti: shlukovitost neboli kolísání hustoty, které se očekávalo v pozdějších epochách, neodpovídalo zcela předpovědím. Podle Kima je klíčovým faktorem Sigma 8 (σ8), metrika, která měří amplitudu fluktuací hustoty hmoty, a nižší hodnoty σ8 naznačují menší shlukování, než se očekávalo, což by mohlo znamenat, že se vesmírné struktury nevyvíjely podle předpovědí modelů raného vesmíru, a naznačují, že strukturální růst vesmíru se mohl zpomalit způsobem, který současné modely plně nevysvětlují.

Vysvětluje, že tento mírný nesoulad s očekáváním „není dostatečně silný, aby přesvědčivě naznačoval novou fyziku – stále je možné, že tato odchylka je čistě náhodná.“

Možná nová fyzika na obzoru
Pokud odchylka skutečně není náhodná, mohla by být ve hře nějaká nepředpokládaná fyzika, která by ovlivňovala formování a vývoj struktur v průběhu kosmického času. Jednou z hypotéz je, že temná energie – záhadná síla, o níž se předpokládá, že pohání zrychlující se rozpínání vesmíru – by mohla ovlivňovat formování kosmických struktur více, než se dosud předpokládalo.

V budoucnu bude tým pracovat s výkonnějšími teleskopy, jako je například připravovaná observatoř Simons Observatory, která tato měření zpřesní a umožní jasnější pohled na vesmírné struktury.

Zdroj: https://scitechdaily.com/cosmic-ct-scan-uncovers-a-surprising-twist-in-the-universes-evolution/

autor: František Martinek