Vesmír se možná nerozpíná rovnoměrně

Astronomové předpokládali po desetiletí, že se vesmír rozpíná stejnou rychlostí ve všech směrech. Avšak nová studie zpracovaná na základě dat z rentgenové družice XMM-Newton (ESA), rentgenové observatoře Chandra X-ray Obsevatory (NASA) a dřívějších pozorování německé družice ROSAT vedou k závěru, že tyto klíčové předpoklady současné kosmologie mohou být chybné.

Konstantinos Migkas, astronom a astrofyzik na University of Bonn, Německo, a jeho konzultant Thomas Reiprich se původně vydali ověřit novou metodu, která by umožňovala astronomům prověřit hypotézu tzv. izotropie. V souladu s tímto předpokladem má vesmír navzdory některým lokálním rozdílům stejné vlastnosti v každém směru na velkém měřítku.

Široce akceptovaná jako důsledek dobře zavedené základní fyziky byla tato hypotéza podpořena pozorováním kosmického mikrovlnného pozadí (cosmic microwave background – CMB). Přímý pozůstatek Velkého třesku CMB odráží situaci ve vesmíru, jaká panovala na jeho počátku, přibližně ve věku 380 000 roků po jeho vzniku. Rovnoměrné rozložené CMB na obloze napovídá, že v tomto počátečním období se vesmír musel rozpínat velmi rychle a stejnou rychlostí ve všech směrech.

V současném vesmíru to však již nemusí být pravda.

„Společně se spolupracovníky z University of Bonn a Harvard University jsme studovali chování více než 800 kup galaxií ve vesmíru,“ říká Konstantinos Migkas. „Jestli by byla hypotéza izotropie vesmíru správná, vlastnosti kup by byly jednotné napříč vesmírem. Avšak ve skutečnosti jsme viděli u těchto objektů podstatné rozdíly.“

Astronomové využili rentgenové záření k měření teploty extrémně horkého plynu, který prostupuje kupy galaxií a porovnávali data s tím, jak jasné se tyto kupy zdají být. Kupy galaxií se stejnou teplotou a lokalizované v podobných vzdálenostech by měly ve skutečnosti vypadat podobně jasné. Avšak to není ten případ, co astronomové pozorovali.

„Pozorovali jsme, že kupy galaxií se stejnými vlastnostmi – s podobnými teplotami – se zdají být méně jasné při pohledu jedním směrem, než bychom očekávali a naopak jasnější, než bychom očekávali v jiném směru,“ říká Thomas Reiprich. „Rozdíly byly docela podstatné – kolem 30 %. Tyto rozdíly nejsou nahodilé, ale mají jasnou strukturu závisející na směru, ve kterém oblohu pozorujeme.“

Před vyloučením široce akceptovaného kosmologického modelu, který poskytuje východisko pro odhadování vzdáleností kup galaxií, Konstantinos Migkas se svými spolupracovníky se nejprve podíval na jiná možná vysvětlení. Možná by zde mohla být oblaka nedetekovaného plynu nebo prachu zakrývající náš pohled, což dělá kupy v určité oblasti mnohem tmavší. Získaná data však tento scénář nepodporují.

V některých regionech vesmíru může být rozložení kup galaxií ovlivněno pohybem hmoty na velkých škálách způsobeným gravitačním vlivem mimořádně hmotných struktur, jako je velká skupina kup galaxií. Avšak i tento předpoklad se rovněž zdá být nepravděpodobný. Konstantinos Migkas dodává, že uvedené závěry přijal jeho tým s překvapením.

„Pokud vesmír skutečně není izotropický, i kdyby tomu tak bylo pouze v uplynulých několika miliardách roků, chtělo by to nový přístup,“ říká Konstantinos Migkas. „Například v současné době odhadujeme vzdálenosti velmi dalekých objektů ve vesmíru na základě aplikace souboru kosmologických parametrů a rovnic. Domníváme se, že tyto parametry jsou shodné všude. Avšak jestliže naše závěry jsou správné, potom bychom museli revidovat všechny naše dosavadní závěry.“

Vědci uvažují, že toto možné nerovnoměrné působení na kosmickou expanzi může být způsobeno záhadnou složkou kosmu, která představuje jeho majoritu – přibližně 69 % jeho celkové energie. O temné energii je dnes známo velmi málo: kromě toho, že se zdá, že urychluje rozpínání vesmíru v posledních několika miliardách roků.

Nastávající kosmická observatoř ESA s názvem Euclid navržená za účelem pořízení snímků několika miliard galaxií a důkladného prozkoumání rozpínání vesmíru, jeho zrychlování a podstaty temné energie může pomoci vyřešit tuto záhadu v blízké budoucnosti.

„Zjištění jsou skutečně zajímavá, avšak vzorek zahrnutý do studia je stále relativně malý k navržení tak vážných závěrů,“ říká René Laureijs, vědecký pracovník ESA projektu Euclid. „To je nejlepší závěr na základě dostupných údajů. Pokud bychom skutečně chtěli změnit široce akceptované kosmologické modely, potřebovali bychom mnohem více dat.“

A družice Euclid je může poskytnout. Její start by se měl uskutečnit v roce 2022. Může nejen najít důkazy, že temná energie skutečně zrychluje rozpínání vesmíru nerovnoměrně v různých směrech, ale rovněž umožní vědcům shromáždit mnohem více dat o vlastnostech velkého počtu kup galaxií, která mohou podpořit nebo vyvrátit současná zjištění.

Další data poskytne brzy přístroj X-ray eROSITA, který postavil ústav Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. Přístroj, který se nachází na palubě nedávno vypuštěné rusko-německé rentgenové kosmické observatoře s názvem Spektr-Rentgen-Gama obstará první celooblohovou prohlídku v oblasti středně energetického rentgenového záření se zaměřením na odhalení desítek tisíc doposud neznámých kup galaxií a aktivních galaktických jader.

Výsledky studia byly publikovány v časopise Astronomy & Astrophysics.

Zdroj: https://phys.org/news/2020-04-basic-assumption-universe.html a https://scitechdaily.com/fundamental-principle-of-cosmology-cast-in-doubt-by-compelling-new-study/

autor: František Martinek