Jaký tvar má vesmír? Nová studie naznačuje, že jsme to pochopili špatně

Vědci z projektu Planck si většího než očekávaného efektu čočkování všimli již před lety; anomálie se nejvíce projevila v jejich konečné analýze celého souboru dat, která byla zveřejněna v loňském roce. Pokud je vesmír plochý, kosmologové očekávají, že měření zakřivení bude v důsledku náhodných statistických fluktuací v datech spadat přibližně do jedné „směrodatné odchylky“ od nuly. Tým Planck i autoři nového článku však zjistili, že data CMB se odchylují o 3,4 standardní odchylky. Za předpokladu, že vesmír je plochý, se jedná o velkou náhodu – asi jako kdyby padla jedenáctkrát za sebou hlava při hodu mincí, což se stává v méně než 1 % případů. Tým Planck připisuje toto měření právě takové náhodě, nebo nějakému nezapočítanému efektu, který rozmazává světlo CMB a napodobuje tak efekt dodatečné hmoty.

Nebo je možná vesmír skutečně uzavřený. Di Valentino a spoluautoři poukazují na to, že uzavřený model řeší i další anomální nálezy v CMB. Vědci například odvozují hodnoty klíčových složek našeho vesmíru, jako je množství temné hmoty a temné energie, na základě měření změn barvy světla CMB přicházejícího z různých oblastí oblohy. Je však zajímavé, že dostávají odlišné odpovědi, když porovnávají malé oblasti oblohy a když porovnávají velké oblasti. Autoři zdůrazňují, že když tyto hodnoty přepočítáte za předpokladu uzavřeného vesmíru, neliší se.

Will Kinney, kosmolog z University at Buffalo v New Yorku, označil tuto bonusovou výhodu modelu uzavřeného vesmíru za „opravdu zajímavou“. Poznamenal však, že rozdíly mezi malými a velkými změnami pozorovanými ve světle CMB mohou být snadno samy o sobě statistickými fluktuacemi nebo mohou pramenit ze stejné neidentifikované chyby, která může ovlivňovat měření čočkování.

Podle standardní kosmologické teorie, která je známá jako ΛCDM (pojmenovaná podle temné energie, reprezentované řeckým písmenem Λ neboli lambda, a chladné temné hmoty), existuje pouze šest těchto klíčových vlastností, které utvářejí vesmír. Díky pouhým šesti číslům ΛCDM přesně popisuje téměř všechny vlastnosti vesmíru. A ΛCDM nepředpovídá žádné zakřivení; říká, že vesmír je plochý.

Nová práce fakticky tvrdí, že možná budeme muset do ΛCDM přidat sedmý parametr: číslo, které popisuje zakřivení vesmíru. V případě měření čočkování přidání sedmého čísla zlepšuje shodu s daty.

Jiní kosmologové však tvrdí, že než budeme brát anomálii natolik vážně, abychom do teorie přidali sedmý parametr, musíme vzít v úvahu všechny ostatní věci, které ΛCDM uvádí správně. Jistě, můžeme se zaměřit na tuto jedinou anomálii – minci, která padne jedenáctkrát za sebou jako hlava – a říci, že něco není v pořádku. Ale CMB je tak obrovský soubor dat, že je to jako házet mincí stokrát nebo tisíckrát. Není příliš těžké si představit, že při tom narazíme na jednu náhodnou sérii 11 hlav. Fyzikové tomu říkají efekt „podívej se jinam“.

Vědci navíc poznamenávají, že sedmý parametr není pro většinu ostatních měření potřeba. Existuje druhý způsob, jak získat prostorové zakřivení z CMB, a to měřením korelací mezi světlem ze sad čtyř bodů na obloze; toto měření „rekonstrukce čočkování“ ukazuje, že vesmír je plochý, přičemž sedmý parametr není potřeba. Kromě toho nezávislá pozorování kosmologických signálů zvaných baryonové akustické oscilace v rámci průzkumu BOSS rovněž ukazují na plochost. Planck ve své analýze z roku 2018 spojil své měření čočkování s těmito dvěma dalšími měřeními a dospěl k celkové hodnotě prostorového zakřivení v rozmezí jedné směrodatné odchylky od nuly.

Di Valentino, Melchiorri a Silk se domnívají, že spojování těchto tří různých datových souborů dohromady maskuje skutečnost, že různé datové soubory se ve skutečnosti neshodují. „Nejde o to, že by vesmír byl uzavřený,“ uvedl Melchiorri e-mailem. „Problémem je nesoulad mezi jednotlivými daty. To naznačuje, že v současné době neexistuje žádný shodný model a že nám něco uniká.“ Jinými slovy, ΛCDM je chybný nebo neúplný.

Všichni ostatní vědci oslovení pro tento článek si myslí, že váha důkazů ukazuje na to, že vesmír je plochý. „Vzhledem k ostatním měřením,“ řekl Addison, „je nejjasnější interpretací tohoto chování Planckových dat, že jde o statistickou fluktuaci. Možná je to způsobeno nějakou drobnou nepřesností v Planckově analýze, anebo jde zcela jen o fluktuaci šumu či náhodu. Ale ať tak či onak, ve skutečnosti není důvod brát tento uzavřený model vážně.“

To neznamená, že v kosmologickém obraze nechybí žádné kousky. ΛCDM zdánlivě předpovídá špatnou hodnotu současné rychlosti rozpínání vesmíru, což způsobilo kontroverzi známou jako problém Hubbleovy konstanty. Předpoklad, že vesmír je uzavřený, však tento problém neřeší – ve skutečnosti přidání zakřivení předpověď rychlosti rozpínání zhoršuje. Kromě Planckova anomálního měření čočkování není žádný důvod myslet si, že vesmír je uzavřený.

„To ukáže čas, ale já osobně z toho nemám hrozné obavy,“ řekl Kinney s odkazem na předpoklad zakřivení v datech CMB. „Je to druh s podobnými anomáliemi, které se ukázaly jako parní.“

Aktualizace: 15. července 2020
Nová měření kosmického mikrovlnného pozadí pomocí kosmologického teleskopu Atacama zjistila, že vesmír je plochý a jeho hustota odpovídá kritické hustotě. „Nenašli jsme žádné důkazy o odchylce od plochosti,“ píší vědci z ACT, „což podporuje interpretaci, že se jedná o statistickou fluktuaci.“

Oprava ze 4. listopadu 2019: Původní verze tohoto článku odkazovala na družici BOSS. Ve skutečnosti byl průzkum BOSS proveden pozemním teleskopem.

Tento článek byl přetištěn ve španělštině na webu Investigacionyciencia.es.