Hubbleovo napětí by mohlo uvolnit nové vysvětlení

Rozpínání vesmíru způsobuje, že se galaxie vzdalují od sebe. Rychlost, se kterou k tomu dochází, proporčně odpovídá vzdálenosti mezi objekty. Je-li např. galaxie A dvakrát dál od Země než galaxie B, roste vzdálenost mezi A a Zemí také dvakrát rychleji než mezi B a Zemí. Jedním z prvních, kdo na tento vztah přišel, byl americký astronom Edwin Hubble.

K výpočtu rychlosti vzdalování dvou galaxií od sebe je tedy potřeba znát jednak jejich vzájemnou vzdálenost, jednak konstantu, kterou by se měla vzdálenost násobit. Tou je právě Hubbleova-Lemaîtrova konstanta. Pro určení její hodnoty můžeme pozorovat velmi vzdálené oblasti vesmíru. Tím získáme rychlost zhruba 244 000 km/h na megaparsek vzdálenosti (megaparsek odpovídá více než 3 milionům světelných let).

244, nebo 264 tisíc?

„Můžeme ale pozorovat i výrazně bližší nebeská tělesa – takzvané supernovy typu Ia,“ vysvětluje prof. Kroupa z Univerzity v Bonnu a Univerzity Karlovy. Vzdálenost takové supernovy od Země je možné určit velmi přesně. Současně víme, že svítící objekty mění svou barvu, když se od nás vzdalují. A to v závislosti na rychlosti. Když tedy podle červeného posuvu supernovy Ia určíme její rychlost a vztáhneme ji k vzdálenosti, dostaneme hodnotu Hubbleovy-Lemaîtrovy konstanty – tentokrát zhruba 264 000 km/h na megaparsek vzdálenosti. „Vypadá to tedy, že vesmír se v naší blízkosti rozpíná rychleji než ve svém celku,“ říká Kroupa. „A to by se dít nemělo.“

Nedávno se však objevilo pozorování, které by mohlo přinést vysvětlení. Země se podle něj nachází v oblasti vesmíru, ve které je relativně málo hmoty – srovnatelné například se vzduchovou bublinou v koláči. Kolem bubliny je hustota hmoty vyšší. Z této okolní hmoty vycházejí gravitační síly, které galaxie v bublině táhnou ven k okraji. „Proto se od nás vzdalují rychleji, než by se dalo čekat,“ vysvětluje doktor Indranil Banik z Univerzity St. Andrews. Odchylky by se tak daly jednoduše vysvětlit místní „nízkou hustotou“.

Jiná výzkumná skupina totiž nedávno změřila průměrnou rychlost mnoha galaxií, které jsou od nás vzdáleny 600 milionů světelných let. „Zjistilo se, že se tyto galaxie od nás vzdalují čtyřikrát rychleji, než umožňuje standardní model kosmologie,“ říká Sergij Mazurenko z Kroupovy výzkumné skupiny, která se na současné studii podílela.

Bublina v kosmickém těstě

Standardní model totiž s takovými „bublinami“ nepočítá – ve skutečnosti by neměly existovat. Místo toho by hmota měla být v prostoru rozložena rovnoměrně. Pak by ovšem bylo obtížné vysvětlit síly, které galaxie pohánějí k jejich vysoké rychlosti.

„Standardní model je založen na teorii povahy gravitace, kterou vytvořil Albert Einstein,“ říká Kroupa. „Gravitační síly se však mohou chovat jinak, než Einstein očekával.“ V počítačové simulaci použily výzkumné skupiny modifikovanou gravitační teorii. Tuto „modifikovanou newtonovskou dynamiku“ (MOND) navrhl před čtyřmi desítkami let izraelský fyzik prof. Mordehai Milgrom. Stále je považována za okrajovou teorii. „V našich výpočtech MOND existenci takových bublin předpovídá,“ říká Kroupa.

Za předpokladu, že se gravitace skutečně chová podle Milgromových představ, Hubbleovo napětí by zmizelo: Pro rozpínání vesmíru by skutečně existovala pouze jedna konstanta a pozorované odchylky by byly způsobeny nepravidelnostmi v rozložení hmoty.

Publikace:
Sergij Mazurenko, Indranil Banik, Pavel Kroupa and Moritz Haslbauer: Simultaneous solution to the Hubble tension and observed bulk flow within 250 ℎ−1 Mpc; Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
https://dx.doi.org/10.1093/mnras/stad3357
https://arxiv.org/abs/2311.17988

Studii finančně podpořila britská STFC (Science and Technology Facilities Council).

Kontakt:
prof. RNDr. Pavel Kroupa, Ph.D.
pavel.kroupa@mff.cuni.cz

Tisková zpráva