Nejnovější poznatky o rozpínání vesmíru

Dr. Danny R. Faulkner

Z answersingenesis.org připravil Václav Dostál, přeložil Jakob Haver – 05/2019.

Úvod

Nedávno psala média o nejnovějším měření Hubbleovy konstanty (H₀). Adam Riess a tým spolupracovníků došel k hodnotě 74,03 km/s/Mpc¹, což je o něco víc než jejich předchozí měření H₀, tedy 73,24 km/s/Mpc¹. Hubbleova konstanta je v kosmologii základním údajem, takže její hodnota má v rozvoji kosmologického modelu nejvyšší důležitost. Mnozí lidé se na tuto novou studii dotazují, takže vysvětlím některé technické detaily.

Co přinesla tato nová studie?

Objev rozpínání vesmíru skoro před sto lety je obecně připisován Edwinu Hubbleovi. Téměř všechny galaxie mají ve svém spektru červený posuv, což naznačuje, že jejich vzdálenosti vzrůstají. Hubble zjistil, že rudý posuv a vzdálenost galaxie spolu souvisí: čím větší je vzdálenost, tím větší je rudý posuv. Tento vztah nazýváme Hubbleovým zákonem. Tou nejjednodušší interpretací Hubbleova zákona je, že vesmír se rozpíná. Rychlost této expanze je měřena Hubbleovou konstantou a odklonem galaktického rudého posuvu vůči vzdálenosti. Zatímco měření galaktických rudých posuvů je poměrně jednoduché, u vzdáleností tomu tak není, protože při měření vzdálenosti galaxií panuje celá řada nejasností.

Jedna z nejdůležitějších metod měření galaktických vzdáleností vychází z proměnných Cefeid. Cefeidy jsou obří a superobří hvězdy, které pulzují v pravidelném rytmu. Jak Cefeidy pulzují, mění se jejich velikost, a v menší míře také jejich teplota. Jas hvězdy závisí jak na velikosti, tak na teplotě, takže jas Cefeid se během cyklu značně mění. Před více než sto lety si astronomové uvědomili, že doba, během níž se Cefeida mění, souvisí s průměrnou jasností Cefeidy – čím delší je tato perioda, tím je Cefeida jasnější. Astronomové to nazývají vztahem mezi periodou pulzů a zářivostí Cefeid. Míra zářivosti Cefeidy také závisí na vzdálenosti Cefeidy. Pokud tedy můžeme kalibrovat absolutní zářivost proměnných Cefeid, můžeme je použít ke zjišťování vzdáleností. Protože Cefeidy jsou mimořádně jasné hvězdy, můžeme je vidět v blízkých galaxiích, a poskytují nám tak důležitý první krok v určování vzdáleností galaxií, a tedy i Hubbleovy konstanty. Žel, přesná kalibrace jasu Cefeid není snadná.

Zákrytová dvojhvězda. Zdroj: gfycat.com

Nedávná studie pod vedením Riesse použila Hubbleův vesmírný dalekohled (HST) k pozorování s nebývalou přesností 70 Cefeid ve velkém Magellanově mračnu (LMC), což je satelitní galaxie naší Mléčné dráhy. Před několika lety byly v rámci úzké spolupráce astronomů pozorovány v LMC zákrytové dvojhvězdy. Dvojhvězda je soustava dvou hvězd obíhajících kolem sebe vlivem své vzájemné gravitace. Pokud bychom se nacházeli v blízkosti oběžné roviny binární hvězdy, pak dojde k vzájemnému zákrytu obou těchto hvězd, takže takové soustavy nazýváme zákrytovými dvojhvězdami. Mimochodem, studiu zákrytových dvojhvězd jsem se věnoval po čtyři desetiletí. Protože doba zákrytu závisí na velikosti hvězd, můžeme v této binární soustavě zjistit velikosti hvězd. Připomeňme si, že jas hvězd závisí na jejich velikosti a teplotě. Teplota hvězd může být měřena přímo, takže astronomové mohou určit jas zákrytových dvojhvězd. Porovnáním pozorovaného jasu zákrytových dvojhvězd v LMC se známým jasem mohla spolupracující skupina astronomů určit vzdálenost LMC na 163 000 světelných let. Riessův tým tuto vzdálenost a svá pozorování 70 Cefeid v LMC použil ke kalibraci vztahu perioda–zářivost Cefeid. Tato nová kalibrace byla použita k určení vzdálenosti blízkých galaxií, které byly následně použity ke kalibraci dalších metod při zjišťování vzdálenosti ještě vzdálenějších galaxií (tato metoda postupně vázaného výpočtu je při zjišťování astronomických vzdáleností běžná). S přesněji určenými vzdálenostmi galaxií tak mohl Riess a jeho tým stanovit novou hodnotu H₀.

Co to pro nás znamená?

Za předpokladu, že model velkého třesku je správný, určuje stáří vesmíru Hubbleova konstanta. Z toho lze odvodit, že větší hodnota H₀ znamená jeho nižší stáří. Riess podle nové hodnoty H₀ odhadl jeho stáří na 12,5 – 13 miliard let. To však nesouhlasí s odhadovaným stářím 13,8 miliard let (plus–minus 1 %), které zde panovalo více než deset let. Jenže tento výpočet vyššího stáří se opírá zásadně o jinou metodu určení H₀. Takže která z nich je správná?

Kupodivu se mnozí astronomové domnívají, že správné jsou obě hodnoty Hubbleovy konstanty. Přinejmenším nikdo nemůže říci, nakolik je ta či ona špatná. Z toho mnozí kosmologové usuzují, že tento rozpor může být důsledkem nějaké nové, dosud neznámé fyziky. Před dvaceti lety Riess, Saul Perlmutter a Brian Schmidt prokázali, že tato hodnota H₀ je vzrůstající, což ukazuje na to, že rychlost rozpínání vesmíru se zvyšuje. Za svůj objev sdíleli tito tři vědci Nobelovu cenu za fyziku. Co je pohonem tohoto zrychlování ve vesmíru? Většina fyziků věří, že je to práce tzv. temné energie. Pokud je to tak, pak by temná energie vyžadovala existenci pole, prostupující celým vesmírem. To by byla zcela nová fyzika, jejíž podrobnosti však nebyly dosud zpracovány. Podobně se tedy mnozí kosmologové domnívají, že toto nové zjištění může signalizovat jiný, dosud neznámý typ fyziky.

Jak jsem poznamenal v úvodu, tato nová hodnota Hubbleovy konstanty je o něco vyšší než ta, kterou zjistil Riess a jeho spolupracovníci dříve. Jak významná je tato nová hodnota H₀? Minulý rok jsem se vyjádřil k Riessově dřívější hodnotě H₀, a jak se lišila od hodnoty H₀ stanovené za použití modelu velkého třesku na kosmické mikrovlnné pozadí (CMB). Nová hodnota Hubbleovy konstanty tento nesoulad ještě zvyšuje. A tento rozdíl je statisticky významný v tom smyslu, že pravděpodobnostní chyby obou měření se nepřekrývají. To vytváří v kosmologii krizi. Pokud má platit model velkého třesku, pak by tato dvě nezávislá měření H₀ měla být stejná, ale nejsou. Které z nich je správné? Jak jsem se loni zmínil, Riessovo měření je přímým pozorováním, zatímco hodnota H₀ odvozená z CMB je značně závislá na modelu, v tomto případě na modelu velkého třesku. Tento rozpor nejspíš ukazuje na to, že s modelem velkého třesku je cosi hluboce v nepořádku.

Samozřejmě, pro biblické kreacionisty tu není nic k přemýšlení. Z Písma víme, že vesmír nezačal velkým třeskem, takže model velkého třesku je chybný. Tudíž hodnotu H₀, odvozenou z CMB můžeme odmítnout. Hubbleův zákon se jako charakteristický jeví pro současný vesmír, takže kreacionisté s jeho přijetím nemají problém, a neměl by být problém ani s Riessovou nově naměřenou hodnotou Hubbleovy konstanty. Význam Hubbleova zákona v modelu biblického stvoření je mezi kreacionistickými vědci předmětem široké debaty. Zůstávejte na příjmu.

Poznámky

1. Jednotkami Hubbleovy konstanty jsou kilometry za sekundu (km/s) na megaparsek (Mpc). Parsek je standardní jednotka vzdálenosti, kterou astronomové používají mimo sluneční soustavu. Jeden parsek je roven 3,26 světlených let nebo 3,1 x 10¹⁶ metrů. Jeden megaparsek je milion parseků. Jak sami vidíte, jde o závratná čísla, tudíž je potřeba takto velké jednotky definovat.