Model temné hmoty

f120

Model temné hmoty (dark matter).

...Výše byla uvedena úžasná řada problémů souvisejících s astronomií. Například galaxie se otáčejí příliš rychle. Zjištěná hmotnost je 3 až 5krát příliš malá, aby vyrovnala odstředivou sílu. Situace je ještě horší u skupin galaxií. Tento problém je již starý – poprvé byl zaznamenán Fritzem Zwicky před desítkami let.

...Jak se z toho vymanit? Měli bychom přehodnotit Newtonův zákon? Někteří navrhovali, že galaxie, skupiny galaxií a dokonce celý vesmír mohou obsahovat hmotu (přispívající ke gravitačnímu poli), která doposud unikla pozorování. Co by to mohlo být? Například hvězdy příliš slabě zářící. Těmto objektům byl přidělen název MACHO (massive compact halo objects, tedy hmotné a kompaktní objekty umístěné v halu galaxií: části vesmíru kolem galaxie v jejím disku i mimo něj). Metoda detekce: zakrytí pozadí, především hvězd. Metoda: sledování velkého počtu hvězd a zjištění poklesů jasnosti, jejichž časový průběh se liší od kolísání proměnných hvězd.

Výsledky: zklamané.

...Další hypotéza: "exotické částice", například hmotné neutrino (s malou hmotností). Dnes však nebyla zjištěna žádná možná hmotnost neutrino.

...Další kandidát, který je důležitý pro astrofyzikyni Françoise Combes: studené vodík, při velmi nízké teplotě, tedy prakticky nezaznamenatelný.

...Tato temná hmota by tak mohla vysvětlit silné efekty gravitačního čočkování, které jsou zřejmě spojeny s galaxiemi a skupinami galaxií (gravitační oblouky). Mnozí považují tyto jevy za "nesmírně přesvědčivý důkaz" existence této nesledované hmoty.

...Je pak možné vysvětlit cokoli a všechno, když vhodně rozptýlíme temnou hmotu po vesmíru na správných místech. Jedná se tedy o naprosto ad hoc teorii. Někteří vůbec nezajímá, jaký je původ tohoto komponentu, jeho povaha, původ ani dynamika – stačí jim říct, že jde o novou astronomii, "kde mapujeme nyní neviditelné". Týmy pracují na vytváření map rozložení temné hmoty.

...Tato hmota umožňuje spojit velkou škálu struktury vesmíru a tak ji "vysvětlit". Jinam se vytváří rozložení temné hmoty, které nejen vysvětluje udržení galaxií, ale i jejich tvar rotacních křivek. Vše to je publikováno bohatě a bez problémů (Astrophysical Journal, Astronomy and Astrophysics atd.). Rozlišuje se "chladná temná hmota" a "teplá temná hmota".

Některé spekulace tedy působí jako "legální".

Problém kosmologické konstanty a věku vesmíru.

Nejprve si vysvětleme její původ. Vlastní rovnice pole:

**S = **c T

...Einstein okamžitě začal stavět model vesmíru (1917). Protože však nevěděl, že je nezajímavý, chtěl postavit stacionární model. Narazil však na mnoho problémů a navštívil francouzského matematika Elieho Cartana, který mu řekl:

• Můžeme upravit vaši rovnici. Navrhuji:

**S = **c T - Lg ** **

kde **g **je metrický tenzor a ** **L konstanta. Takto zůstane rovnice stále tenzorová a vaše řešení bude stále invariantní vůči změně souřadnic.

• Ale jaký má tato konstanta L fyzikální význam?

• To, milý pane, je váš problém. Já jsem matematik...

Z rovnice pole, předpokládáme-li slabou zakřivení a malé rychlosti termického pohybu ve srovnání s rychlostí světla c, lze získat Newtonovu dynamiku. Newtonova síla pak získá korekční člen:

...Tento korekční člen je úměrný vzdálenosti. Běžně se používá označení "odpuzující síla vakua" (nebo přitažlivá, záleží na znaménku této libovolné konstanty L).

...Tato odpuzující síla vakua byla klíčem k rovnováze stacionárního vesmíru Einsteina (i když ne stabilní). Avšak velmi brzy:

• Objev Edwina Hubbleho ukázal červený posun z, který byl považován za obecný pohyb rozšíření vesmíru (Dopplerův efekt). Takže sbohem s modelem stacionárního vesmíru.

• Rus Friedmann v téže době objevil nestacionární řešení rovnice pole bez kosmologické konstanty.

Znechucený Einstein se odebral do své stanice a řekl:

-* Kdybych věděl, že vesmír je nestacionární, objevil bych to dříve než Friedmann!*

...Tato kosmologická konstanta pak skončila v téměř zapomenutí po desítkách let. Někteří předložili argumenty pro její nutnou nulovost. Skutečnost je, že se odkazuje na akce na velké vzdálenosti a projevuje se až později, když charakteristická rozměr R(t) vesmíru dosáhl "dostatečné hodnoty".

...Měření červeného posunu a radiální rychlosti galaxií umožňují kalibrovat Hubbleův zákon, který vyplývá z řešení rovnice pole a říká jednoduše:

Úniková rychlost je přímo úměrná červenému posunu z

Konstanta úměrnosti se nazývá *Hubbleova konstanta *Ho.

...Poznámka pro ty, kdo to nevědí. Atom v laboratoři, klidný vůči měřicímu zařízení, vyzařuje například záření odpovídající vlnové délce l. Díky Dopplerovu efektu bude stejný atom v pohybu mít vlnovou délku: l' = l+ D l

Definujeme:

| Dl |
|---|
| l |

Pokud je D l kladné: zdroj se vzdaluje: červený posun.

Pokud je D l záporné, zdroj se přibližuje: "modrý posun".

Hubbleova konstanta se objevuje také v rovnici rozšíření R(t) v závislosti na čase:

...Víme, že existují ve skutečnosti tři Friedmannovy modely, které se liší pouze popisem vzdálené budoucnosti vesmíru.

Na následujícím obrázku, kde jsme "dostatečně daleko" od vzdálené budoucnosti vesmíru, jsou tři křivky shodné.

...Znalost zákona kosmického rozšíření a Hubbleovy konstanty umožňuje ihned, podle tohoto modelu (s nulovou kosmologickou konstantou), odvodit věk vesmíru.

...Představme si, že pořídíme okamžikový snímek exploze granátu. Doba expozice by způsobila určitý rozmazání objektů, což by umožnilo odhadnout jejich rychlost a tak vypočítat, kdy začala exploze, jen podle jednoho snímku. Kosmická exploze je samozřejmě jiná než exploze granátu kvůli dynamice, protože gravitační síla zpomaluje rozšíření postupně.

...Objekty vesmíru jsou poháněny vlastními pohyby, podobně jako molekuly plynu, které jsou poháněny termickým pohybem. Mluvíme proto o "kosmologickém fluidu", "plynu", jehož částice jsou galaxie.

...Aby bylo možné odhadnout Hubbleovu konstantu, bylo třeba založit měření na dostatečně vzdálených objektech, které mají dostatečně velké rychlosti, aby překonaly průměrnou rychlost pohybu galaxie ve svém skupině (řádově 500 až 1000 km/s).

...Problém zůstával odhad vzdálenosti. Vidět galaxii na snímku je jedna věc, odhadnout její vzdálenost je druhá. K tomu je třeba znát její absolutní jasnost, množství světla, které by měla vyzařovat. Dlouho se astronomové neshodovali na odhadu této Hubbleovy konstanty (v tomto případě byl velkým kritikem francouzský astronom Vaucouleurs pracující v USA).

...Nejstarší hvězdy naší galaxie patří do hvězdokup, jako je hvězdokupa Hercules. Doteď se všichni astronomové shodli na tom, že jejich maximální věk je kolem 15 miliard let (někteří šli až na 20 nebo dokonce 22...). Hlavním úkolem bylo přizpůsobit odhad Ho tak, aby se neodchýlil příliš od věku nejstarších hvězd.

...V roce 1993 mohli astronomové pomocí kosmického dalekohledu Hubble pozorovat Cepheidy ve velmi vzdálených galaxiích (55 a 48 milionů světelných let). Cepheid je nejlepší standardní svíčka pro vzdálenosti, protože máme předpokládat znát zákon spojující jejich periodu kolísání a množství světla, které vyzařují, jejich absolutní jasnost (zákon Henrietty Leawittové, 1912). Měřením jejich poměrné jasnosti pomocí dalekohledu odvodíme jejich vzdálenost.

...Měření provedená na galaxiích v letech 93–94 rozdělila vzdálenost, kterou dosud odhadli, téměř o faktor dvě. Výsledkem byl věk vesmíru 8 nebo 9 miliard let a ten se stal... mladší než hvězdy, které obsahuje. Revue Nature v roce 1994 proto vyhlásila: "bude třeba znovu přetavit model".

...Od té doby došlo k dvěma novým faktům. Zákon pro Cepheidy je použitelný jen po kalibraci. Pokud předpokládáme existenci vztahu mezi periodou těchto proměnných hvězd a jejich absolutní jasností, množstvím světla, které vyzařují, je nutné mít nezávislé měření vzdáleností. Tyto jsou poskytovány metodou paralaxy, Bessela. Používáme pak sezónní pohyb Země kolem Slunce, při dvou protilehlých pozicích. Pro danou hvězdu relativně blízkou vůči vzdálenému pozadí hvězd bude mít v obou dobách roku dvě různé polohy, odpovídající určitému úhlovému rozdílu Dq.

...Tato metoda má své limity. Čím vzdálenější je hvězda, tím větší je chyba. Měření vzdáleností bylo nedávno přepracováno pomocí družice Hipparcos. Podle odborníků analýza dat z družice vedla k přezkoumání odhadnutých vzdáleností Cepheidů používaných k kalibraci zákona, jejich vzdálenost se zvýšila o faktor 1,2 až 1,4. Galaxie, ve kterých družice Hubble objevila Cepheidy, tedy "nebyly tak blízko, jak se myslelo", takže vesmír "není tak mladý, jak se myslelo". Ti, kteří odhadují věk nejstarších hvězd ve hvězdokupách naší galaxie, udělali značné úsilí o snížení a "vše se vrátilo do pořádku", tvrdí někteří.

Předpokládejme...

...Další klasické řešení, jak to učinil Lachièze-Rey, spočívá v rychlém vytáhnutí kosmologické konstanty L z jejího nafthalinu. S vhodným znaménkem (odpuzující síla vakua) má tento člen za následek obnovení rozšíření:

Rovnice:

již neplatí, nebo poskytuje kratší věk. Ve skutečnosti lze prostřednictvím tohoto modelu s proměnnou geometrií vždy zvolit hodnotu L, která odpovídá jakékoli hodnotě věku vesmíru, například věku nejstarších hvězd. Někteří dokonce tvrdili, že toto jednoduše dává měření L.

...Boj mezi astronomií ohledně věku vesmíru se zdá být dál od ukončení. Mezi optimisty, kteří na základě nedávné kalibrace Cepheidů rozšířili celý blízký vesmír (například vzdálenost galaxie Andromedy) a přijímají snížení věku nejstarších hvězd, a alarmisty, kteří považují Hubbleovy měření za skutečný problém, jakou pozici zaujmout?

Pravděpodobně pozici opatrného čekání.

../../../bons_commande/bon_global.htm

Obsah článku Obsah vědy Domovská stránka

Předchozí stránka Další stránka

**

Počet návštěv této stránky od 1. července 2004** :