Konečné údaje z Atacama Cosmology Telescope: Nová realita pro naše chápání vesmíru

Po téměř dvaceti letech práce zveřejnily konečné údaje z Atacama Cosmology Telescope (ACT) ohromující závěr – jedna z klíčových hodnot současné kosmologie neodpovídá realitě tak, jak by měla. Problém není drobný ani technický; vyvstává otázka, zda je náš současný model vesmíru vůbec správný.

Skoro 20 let pozorování – a znepokojivý závěr

Od října 2007 do poloviny roku 2022 zkoumal ACT, umístěný v chilské Atacamě, mikrovlnné a milimetrové záření vesmíru. Během této doby zaznamenal neobvyklé shluky galaxií, jemné struktury a řadu dat, která se vztahují k nejranějším fázím vesmíru. Hlavním cílem teleskopu však zůstával jeden – kosmické mikrovlnné pozadí (CMB).

CMB představuje nejstarší dostupné světlo – ozvěna Velkého třesku, která vznikla přibližně před 13,8 miliardy let, když byl vesmír teprve asi 380 tisíc let starý. Toto záření je považováno za základ našeho kosmologického porozumění, a tudíž jakékoliv nesrovnalosti v něm mají velmi vážné důsledky.

Hubbleova konstanta – číslo, které už neodpovídá

Všechny problémy se točí kolem Hubbleovy konstanty, která popisuje, jak rychle se dnes vesmír rozpíná. Tento parametr je jedním z nejzákladnějších v kosmologii a teoreticky by měl být stejný bez ohledu na to, jak jej měříme.

Realita je však jiná. Existují dvě hlavní metody měření. První zahrnuje pozorování relativně blízkých galaxií, měření jejich vzdáleností a rychlostí. Druhá vychází z Hubbleovy konstanty vyvozené z kosmického mikrovlnného pozadí, tedy z velmi raného stavu vesmíru.

Tyto dvě metody poskytují různé hodnoty, které se navzájem nespojují ani při zohlednění chyb. Tato nesrovnalost je již několik let nazývána Hubbleova napětí – a stala se jednou z největších záhad moderní kosmologie.

ACT potvrdil to, co mnozí doufali, že se nepotvrdí

Až dosud byl hlavním standardem raného vesmíru výstup dat z družice Planck. Nyní konečné výsledky ACT nejenže odpovídají „Planckovým“ závěrům, ale také je posilují.

Data z ACT ukázala, že Hubbleova konstanta, vypočtená z CMB, se shoduje s výsledky „Planck“ nejen ohledně kolísání teplot, ale i polarizace světla. To má zvláštní význam, protože polarizace poskytuje dodatečné, nezávislé informace o raném vesmíru.

Jak poznamenal kosmolog z Kolumbijské univerzity Colin Hill, to znamená, že nesrovnalost mezi různými metodami měření Hubbleovy konstanty se nyní stala ještě výraznější a hůře ignorovatelnou.

Proč je to tak vážný problém

Ideálně by všechny důvěryhodné metody měly poskytovat velmi podobnou rychlost expanze vesmíru. Pokud tomu tak není, existují pouze dvě závěry: buď děláme systémovou chybu, nebo je náš teoretický model vesmíru neúplný.

V posledních letech se astronomové snažili zachránit situaci navrhováním takzvaných rozšířených kosmologických modelů – teoretických alternativ k standardnímu popisu vesmíru. Takové modely zavedly další částice, nové interakce nebo neobvyklé vlastnosti temné energie.

Data z ACT však zde zasadila další ránu. Analýza ukázala, že přibližně 30 nejčastěji navrhovaných rozšířených modelů jednoduše neodpovídá pozorováním. Jinými slovy, většina „záchranných variant“ byla vyřazena jedním mávnutím ruky.

Polarizace – klíč k ranému vesmíru

Jednou z největších výhod ACT byly vysoce podrobné mapy polarizace kosmického mikrovlnného pozadí. Polarizace je vlastnost světla, která ukazuje, jakým směrem se vlní elektrické pole. Podmínky raného vesmíru zanechaly jemný, ale měřitelný otisk polarizace.

ACT, jehož zrcadlo má průměr šesti metrů, shromáždil mnohem citlivější data než Planck, jehož zrcadlo měřilo pouhé 1,5 metru. Větší zrcadlo znamená větší sběr světla a lepší rozlišení, což umožňuje přesněji ověřovat kosmologické modely.

Právě tato data o polarizaci „uzavřela dveře“ mnoha teoretickým pokusům vysvětlit Hubbleovo napětí jednoduchými úpravami.

Co to znamená pro naše chápání vesmíru

Důležité je zdůraznit: to neznamená, že předchozí údaje byly chybné. Naopak, výsledky ACT a Planck se vzájemně doplňují a posilují. Problém nespočíva v měřeních, ale v tom, jak je interpretujeme.

Kosmologové se nyní nachází v nepříjemné, ale zároveň velmi zajímavé situaci. Pokud Hubbleovo napětí není chybou, může to znamenat, že:

náš pohled na temnou energii je nesprávný,
v raném vesmíru probíhaly procesy, které jsme dosud nezahrnuli do našich modelů,
nebo existuje nová fyzika, kterou jsme dosud neobjevili.

Konec jedné etapy – začátek další

Misí teleskopu ACT byla završena, avšak jeho odkaz teprve začíná. Konečné údaje neuzavřely otázky, naopak je ještě více vyostřily. Ukázaly, že náš kosmologický obraz, i když je velmi přesný v mnoha oblastech, může mít zásadní mezery.

Pokud nás věda něco učí, pak to, že když vesmír neúnavně nesouhlasí s našimi výpočty, obvykle se mýlíme my, nikoliv on. A právě takové okamžiky – kdy je jasné, že „něco je velmi špatně“ – v historii často vedly k největším vědeckým průlomům.