Vesmír možná není homogenní - a družice Euclid to může dokázat

Co když jeden z nejzákladnějších předpokladů kosmologie – že vesmír vypadá ve všech směrech stejně – není ve skutečnosti pravdivý? Pomocí nového přístupu k datům z evropského teleskopu Euclid hledají vědci v ohybu světla vzdálených galaxií varovný signál, který by mohl přepsat pravidla kosmologie.

Zpochybnění kosmických předpokladů
„Kosmologický princip je něco jako ultimativní prohlášení pokory,“ říká James Adam, astrofyzik z University of Western Cape v Jihoafrické republice a hlavní autor nové studie. Tento princip říká, že nejenže nejsme ve středu vesmíru, ale že žádný střed vůbec neexistuje. Předpokládá také, že vesmír je izotropní, což znamená, že vypadá ve všech směrech stejně, a homogenní, což znamená, že hmota je na velkých škálách rozložena rovnoměrně.

Tyto myšlenky tvoří základ standardního modelu kosmologie, našeho nejlepšího rámce pro pochopení vzniku, struktury a vývoje vesmíru. Přestože je tento model podpořen rozsáhlými důkazy, stále se na něm pracuje.

Nedávná pozorování však naznačují, že na největších kosmických škálách mohou existovat jemné nepravidelnosti – anizotropie. Patří mezi ně nesrovnalosti v rychlosti rozpínání vesmíru, neobvyklé vzorce v kosmickém mikrovlnném pozadí a další nevysvětlené údaje. Přestože jsou tato zjištění zajímavá, nejsou ještě definitivní. Vědci potřebují více nezávislých údajů, aby vyloučili případné chyby měření. Pokud více metod odhalí stejné vzorce, mohlo by to znamenat významný posun v chápání vesmíru.

Testování vesmíru pomocí družice Euclid
Euclid je vesmírný teleskop Evropské vesmírné agentury ESA, který byl vypuštěn v roce 2023 a jehož úkolem je mapovat geometrii vesmíru a zkoumat záhadnou povahu temné hmoty a temné energie pořizováním snímků miliard galaxií s vysokým rozlišením.

Nová studie Jamese Adama a jeho kolegů publikovaná v časopise Journal of Cosmology and Astroparticle Physics představuje novou metodu testování, zda je vesmír skutečně izotropní – tedy stejný ve všech směrech. Jejich přístup využívá data ze špičkových přístrojů, jako je Euclid, kosmický teleskop Evropské kosmické agentury (ESA). Euclid nedávno začal pořizovat pozoruhodně detailní snímky vesmíru, které nabízejí bezprecedentní kombinaci výkonu, přesnosti a rozlišení.

„Zkoumali jsme jinou metodu omezení anizotropie, která zahrnovala takzvané slabé gravitační čočkování,“ říká Adam. Ke slabému čočkování dochází proto, že hmota mezi námi a vzdálenou galaxií mírně ohýbá světlo galaxie, čímž mění její zdánlivý tvar. Tento specifický typ zkreslení může odhalit, zda ve vesmíru existují anizotropie. Analýza dat slabého čočkování ve skutečnosti umožňuje vědcům rozdělit signál na dvě složky: střih v módu E, který je generován rozložením hmoty v izotropním a homogenním vesmíru, a střih v módu B, který je obvykle velmi slabý a v izotropním vesmíru by se neměl objevit na velkých škálách.

Pouhé pozorování B-módů na velkých škálách by k potvrzení anizotropií nestačilo, protože tyto signály jsou velmi slabé a mohly by být výsledkem chyb měření nebo sekundárních efektů. Pokud je anizotropie skutečná, ovlivňovala by E-módy i B-módy nezávislým způsobem a vytvářela by korelaci mezi oběma signály. Pouze pokud by Euklidova data odhalila významnou korelaci mezi E a B-módy, naznačovalo by to anizotropní rozpínání vesmíru.

Další kroky a možné důsledky
Adam a jeho kolegové ve své studii simulovali účinky anizotropního rozpínání vesmíru na počítači a vytvořili model popisující, jak odchylky od izotropie změní slabý čočkovaný signál. Poté vypočítali křížovou korelaci E-B, aby prokázali, že anizotropní vesmír by vedl ke korelaci mezi oběma signály, a svůj model aplikovali na data z družice Euclid, čímž ukázali, že tato pozorování budou dostatečně přesná, aby bylo možné odhalit potenciální anizotropie.

Euclid již začíná poskytovat užitečná data pro tyto analýzy a brzy budou spuštěny nové observatoře. Nyní, když Adam a jeho kolegové vyvinuli vhodnou metodiku, hodlají ji aplikovat na reálná data. „Jakmile svou práci tak nějak čtyřikrát zkontrolujete, musíte se vážně zamyslet nad tím, zda je tento základní předpoklad skutečně pravdivý, nebo ne, zejména v pozdním vesmíru. Nebo možná jen nikdy nebyl pravdivý,“ vysvětluje Adam.

Přehodnocení původu vesmíru
Pokud se tyto anomálie potvrdí, otevřou novou kapitolu v kosmologii. Nebude to však snadné: již existují alternativní teoretické modely, které anizotropie předpovídají, ale žádný z nich není tak pevný a široce přijímaný jako standardní model. Jakákoliv teoretická revize by však také závisela na rozsahu anizotropie, kterou by bylo možné odhalit, což je zatím nejisté. „Mohlo by jít o vážnou revizi,“ uzavírá Adam, „nebo jen o přidání malé drobnosti sem či tam. Kdo ví?“

Zdroj: https://scitechdaily.com/the-universe-may-not-be-uniform-and-euclid-might-prove-it/

autor: František Martinek