Einstein má ďalšiu jednotku z kozmológie

Dva rezy 3-D mapou rozloženia galaxií z SDSS. Zem je v strede a vonkajší okruh približne 2,3 miliardy svetelených rokov od nej – vesmír vo veľkom meradle má akúsi penovitú štruktúru, galaxie sa zoskupujú do vlákien a plôch na stenách „bublín“. Zdroj: TASR

Test podporil aj existenciu záhadnej tmavej hmoty. V časopise Nature to napísal sedemčlenný medzinárodný tím, ktorý koordinoval Uros Seljak z Kalifornskej univerzity v Berkeley (USA), Zürišskej univerzity (Švajčiarsko) a Univerzity Ewha v Soule (Južná Kórea). Prvou autorkou bola jeho bývalá študentka, doktorandka Reinabelle Reyesová z Princetonskej univerzity (USA).

Moderná fyzika má dva hlavné piliere kvantovú teóriu a teóriu relativity. Všeobecná teória relativity je, samozrejme, hojne využívaná aj v kozmológii, náuke o stavbe a vývoji vesmíru v najväčších meradlách.

No viac teoreticky ako experimentálne. Hoci bola vo vesmíre veľakrát overená v meradle slnečnej sústavy, jej testy v meradle Mliečnej cesty a väčšom prinášali výsledky, neumožňujúce definitívne závery. A jej alternatívy nepredkladali predpovede testovateľné vo veľkom meradle.

Tím Urosa Seljaka teraz analýzou zoskupovania galaxií preukázal, že vesmír až do vzdialenosti 3,5 miliardy svetelných rokov, čo je takmer tretina cesty k okraju jeho známej časti, hrá podľa pravidiel, ktoré v roku 1915 uverejnil Albert Einstein. Dôležitým výsledkom je tiež záver, že najpravdepodobnejším vysvetlením významnej časti pozorovaných pohybov týchto galaxií a kôp galaxií je existencia tzv. tmavej hmoty, ktorá sa prejavuje gravitačným vplyvom, avšak nie žiarením.

Na prechode ku kozmologickému meradlu je príjemná tá skutočnosť, že v jeho rámci môžeme testovať ľubovoľnú úplnú alternatívnu teóriu gravitácie, lebo by mala predpovedať veci, ktoré pozorujeme. Nuž a v týchto testoch zlyhali alternatívne teórie, nevyžadujúce tmavú hmotu, povedal Uros Seljak.

Zvlášť mal na mysli tzv. tenzorovú-vektorovú-skalárnu teóriu (TeVeS), ktorá modifikuje všeobecnú teóriu relativity tak, aby sa pri vysvetľovaní vesmíru dalo zaobísť bez tmavej hmoty. Nové testy tiež spochybňujú vlaňajšiu správu, že skorý vesmír v období pred 11 až 8 miliardami rokov sa odchyľuje od opisu gravitácie vo všeobecnej teórii relativity.

Tmavá hmota, vyše štvornásobne presahujúca množstvo bežnej, narobila v astronómii a kozmológii dosť vzruchu. K tomu ešte treba prirátať tzv. tmavú energiu, predstavujúcu takmer tri štvrtiny einsteinovskej hmoty-energie (E=mc2) vesmíru, ktorá vzišla z úsilia pochopiť očividne sa zrýchľujúce rozpínanie vesmíru. Na ňu zasa reaguje tzv. f(R) teória, ktorá vysvetľuje toto rozpínanie bez tmavej energie.

Kozmologické testy alternatívnych teórií gravitácie sú veľmi obťažné. Nedávno však tím, ktorý viedol Čang Pcheng-ťie zo Šanghajského observatória (Čína), doporučil, aby sa pri nich využívala veličina označená EG, ktorá zohľadňuje jednak rozsah zoskupovania pozorovaných galaxií, jednak rozsah deformácie tvaru týchto galaxií, spôsobenej ohybom svetla prechádzajúcim cestou k nám okolo inej hmoty (efekt gravitačnej šošovky). EG je priamo úmerná strednej hustote vesmíru a nepriamo rýchlosti rastu vesmírnej štruktúry, taká kombinácia citlivo reaguje na prípadné odchýľky od Einsteinových predpovedí.

Uros Seljak s kolegami určili na základe údajov o vyše 70.000 galaxií z prieskumu oblohy SDSS (Sloan Digital Sky Survey) hodnotu EG na 0,39 porovnali ju s predpoveďami teórií TeVeS a f(R) na jednej strane a tzv. modelu chladnej tmavej hmoty, založeného na všeobecnej teórii relativity s použitím tzv. kozmologickej konštanty (de facto zápornej gravitácie), zohľadňujúcej tmavú energiu.

Výsledky jednoznačne vylúčili TeVeS, f(R) je v rozpätí chýb meraní, všeobecná teória relativity sa s meraniami zhoduje výborne, predpovedá EG 0,4.

Vedci chcú toto porovnávanie spresniť zahrnutím meraní približne milióna galaxií, keď asi o päť rokov budú k dispozícii údaje novej generácie SDSS. Do 10-15 rokov by mali byť dostupné ešte presnejšie zo satelitov NASA JDEM (Joint Dark Energy Mission, Spoločná misia pre výskum tmavej energie) a európskej kozmickej agentúry ESA Euclid. Uros Seljak však zdôraznil, že testy tohtoto typu síce potvrdia (alebo nepotvrdia) tmavú hmotu a tmavú energiu, neprezradia však nič o ich podstate. Na to treba iné experimenty.

Zdroj: TASR