Po celá desetiletí se teorie gravitace, která vyplývá z obecné teorie relativity,
V té době to vědci poprvé objeviliChování vzdálených galaxií neodpovídá předpovědím teorie gravitace. Zkreslení časoprostoru ze vzdálených hvězdokup a hvězdných systémů se ukázalo být mnohem silnější než hmotnost takových objektů vypočítaná na základě pozorování.
Později, koncem 90. let, badatelézjistil další neobvyklou skutečnost. Ukazuje se, že rychlost rozpínání vesmíru se s časem zvyšuje. Tento efekt představoval další výzvu pro teorii Alberta Einsteina: gravitační účinky hmoty měly expanzi vesmíru zpomalit, nikoli urychlit. Moderní kosmologický model – model ΛCDM – našel odpovědi na tyto otázky, ale vědci se nevzdávají naděje, že zpochybní génia první poloviny 20. století.
Proč si vědci myslí, že se vesmír rozpíná zrychleným tempem?
Zrychlené rozpínání vesmíru bylo objeveno v r1998 jako výsledek práce dvou nezávislých týmů najednou: Supernova Cosmology Project a High-Z Supernova Search Group Obě výzkumné skupiny studovaly zrychlení expanze vesmíru pomocí analýzy vzdálených hvězdných explozí.
Supernovy typu La mají téměř totéžstandardní svítivost. Pozorováním jasu takových objektů lze určit, jak daleko jsou. Navíc, jak se vesmír rozpíná, světlo ze vzdálených objektů se posouvá na červenou stranu spektra. Měřením rudého posuvu lze určit, jak moc se vesmír rozšířil od doby, kdy se objevila supernova.
Astrofyzici během nichexperimenty byly přesvědčeny, že vesmír by se měl rozpínat pomaleji, načež by se proces měl buď zastavit, nebo začít smršťovat. Nečekaným výsledkem, ke kterému obě skupiny vědců nezávisle na sobě došly, ale bylo, že se vesmír rozpíná zrychlujícím se tempem.
Později bylo potvrzeno rozpínání vesmírujiné metody. Měření kosmologického mikrovlnného pozadí (stopy velkého třesku), efekty gravitační čočky a analýza baryonových akustických oscilací potvrzují hypotézu expanze vesmíru.
V roce 2007 byly oba týmy, které objevily vliv rozpínání vesmíru, oceněny Gruberovou cenou v oblasti kosmologie a v roce 2011 byli tři z účastníků oceněni Nobelovou cenou za fyziku.
Zrychlené rozpínání vesmíru. Obrázek: NASA, STSci, Ann Feild
Jak vysvětlit zrychlenou expanzi?
Pro vysvětlení pozorování (rozpínání Vesmíru a silnější zkreslení časoprostoru ze vzdálených galaxií) vědci představili dva nové modely – temnou hmotu a temnou energii.
Temná hmota je hypotetická formahmota, která podle vědců tvoří asi 85 % hmoty ve vesmíru. Nazývá se tmavý, protože nijak neinteraguje s elektromagnetickým polem. Jinými slovy, taková hmota neodráží, neabsorbuje ani nevyzařuje světlo a jiné elektromagnetické vlny. Má však svou vlastní hmotnost, a tedy i gravitační vliv. Přidání temné hmoty do kosmologických modelů pomáhá vysvětlit silnější gravitaci vzdálených galaxií.
Temná energie je hypotetická formaenergie se o ní na rozdíl od temné hmoty ví jen málo. Předpokládá se, že temná energie je velmi homogenní, nepříliš hustá a nemůže interagovat s žádnou ze základních sil kromě gravitace. Tato energie je spojena s energií vakua. Pokud předpokládáme, že s rozpínáním vesmíru a přibývajícím volným prostorem tato energie roste, pak lze vysvětlit přechod od rovnoměrného rozpínání k zrychlené.
I když hypotéza temné energie popisuje dobřeprocesy pozorované ve Vesmíru, jeho samotnou existenci a interakci pouze s gravitačním polem lze jen těžko spojovat s obecnou teorií relativity a Einsteinovou teorií gravitace.
Jak otestovat teorii?
Někteří učenci se domnívají, že pokud teoriegravitace nemůže vysvětlit temnou energii, možná je neúplná, a musíme do rovnice přidat další parametr nebo proměnnou, která spojí všechna pozorování dohromady. Aby vědci tuto hypotézu ověřili, hledají v minulosti známky porušení teorie gravitace.
Jednou z takových prací je mezinárodní výzkumtemná energie pomocí 4metrového dalekohledu Victor Blanco v Chile. Výsledky tohoto pozorování byly prezentovány v srpnu na Mezinárodní konferenci o částicové fyzice a kosmologii (COSMO’22) v Rio de Janeiru.
Účastníci studie hledali důkazyskutečnost, že gravitační síla se v průběhu historie vesmíru nebo v dávné minulosti měnila. Ke své práci využívali kromě hlavního dalekohledu Blanco i data z družice Planck Evropské kosmické agentury.
Astrofyzici studovali snímky galaxií napřítomnost jemnějších zkreslení v důsledku zakřivení prostoru temnou hmotou - efekt nazývaný slabá gravitační čočka. Síla gravitace určuje velikost a rozložení struktur temné hmoty a velikost a rozložení zase určuje, jak zakřivené se nám tyto galaxie zdají.
Měřením všech těchto parametrů je možné určit sílugravitace ve vzdálených galaxiích. A protože světlu z nich trvá miliony a miliardy let, než se k nám dostane, vědci v podstatě zkoumají, jak se gravitace chovala v minulosti.
Vědci uvedli, že již studovaligravitační síly a tvary ve více než 100 milionech galaxií, ale ve všech experimentech jsou pozorování plně v souladu s Einsteinovou teorií. Povaha temné energie tedy zůstává záhadou.
Gravitační čočky, podobně jako to, co je vidět na prvním snímku Jamese Webba, pomáhají vědcům prozkoumat temnou hmotu a gravitaci ve vzdálených systémech. Obrázek: NASA, ESA, CSA, STScI
Co bude dál?
Einsteinova teorie stále platí, ale badatelédál testovat jeho sílu. Nový pokus o vysvětlení podstaty temné energie učiní satelitní mise. Evropská kosmická agentura plánuje v roce 2023 vypustit vesmírný dalekohled Euclid. Přístroje zařízení budou měřit rudé posuvy galaxií nacházejících se v různých vzdálenostech od Země a zkoumat vztah mezi rudým posuvem a vzdáleností.
Vývojáři očekávají, že Euclid bude schopenpodívejte se 8 miliard let zpět. S pomocí ultrapřesných měření bude schopen zjistit, jak to bylo s gravitací, temnou hmotou a temnou energií v této éře.
NASA plánuje podobnou misi:v roce 2027 plánuje vynést na oběžnou dráhu Země římský vesmírný dalekohled Nancy Grace. Vědci věří, že bude schopen studovat galaxie umístěné ve vzdálenosti 11 miliard světelných let a studovat nejstarší vesmír.
Přečtěte si více:
První snímky podzemní části Marsu vědce překvapily
Od těla k ústům: vědci pochopili, odkud se zuby vzaly
Kde na planetě bude do roku 2100 nejnebezpečnější: byla zveřejněna nová mapa
Obálka: Design Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY-SA 3.0, přes Wikimedia Commons