f120

„Model“ temné hmoty (dark matter).

...Výše jsme viděli impressivní seznam problémů, spojených, byť jen s astrofyzikou. Galaxie rotují příliš rychle, například. Zjištěná hmotnost je 3 až 5krát příliš malá na vyvážení odstředivé síly. Situace je ještě horší pro galaxií kupy. Problém je již starý, protože byl poprvé oznámen Fritzem Zwicky, před desítkami let.

...Jak z toho ven? Je třeba revidovat Newtonův zákon? Někteří jednoduše navrhli, že galaxie, galaxií kupy a dokonce i celý vesmír mohou v sobě skrývat hmotu (přispívající k gravitačnímu poli), která dosud unikla pozorování. O co mohlo jít? Například o hvězdy příliš málo emitující. Pro tyto objekty se našlo jméno: MACHOS (massive compact halo objects, tedy kompaktní a hmotné objekty, lokalizované v halách galaxií: část galaktického prostoru situovaná uvnitř a vně „disku“). Způsob detekce: zakrytí zdrojů situovaných na pozadí, především hvězd. Metoda: sledování velmi velkého počtu hvězd a zdokumentování poklesů jasnosti, jejichž vývoj v čase by se lišil od fluktuací odpovídajících proměnným hvězdám.

Výsledky: zklamání.

...Další hypotéza: „exotické částice“, například hmotné neutrino (s malou hmotností). Ale dodnes nebyla prokázána možná hmotnost neutrin.

....Další kandidát, blízký astrofyzičce Françoise Combes: studený vodík, při velmi nízké teplotě, tedy prakticky nepozorovatelný.

...Tato temná hmota by pak umožnila vysvětlit silné efekty gravitačních čoček, zjevně spojené s galaxiemi a galaxií kupami (gravitační oblouky). Mnozí považují tyto efekty za „nepopiratelný důkaz“ existence této nedetekované hmoty.

...Je pak možné vysvětlit cokoliv a cokoliv dalšího, pokud vesmír opatrně posypeme temnou hmotou na správných místech. Jde tedy o teorii zcela ad hoc. Někteří se dokonce ani nestarají o zdůvodnění původu této složky, její podstaty, jejího původu, ani dokonce o popis její dynamiky, spokojí se s tím, že jde o novou astronomii, „kde se mapuje neviditelné“. Týmů je v akci, které začaly mapovat rozložení temné hmoty.

...To umožňuje svázat strukturu vesmíru na velkých škálách, a tak ji „zdůvodnit“. Jinde se produkuje rozložení temné hmoty, které umožňuje nejen zdůvodnit soudržnost galaxií, ale i charakter jejich rotačních křivek. Vše toto se hojně publikuje bez problémů (Astrophysical Journal, Astronomy and Astrophysics, atd...). Rozlišuje se „studená temná hmota“ a „teplá temná hmota“.

Některé spekulace se tedy zdají „legitimní“.

Otázka kosmologické konstanty a stáří vesmíru.

Nejprve situujme její původ. Vybavený svou rovnicí pole:

S = c T

...Einstein se hned pokusil konstruovat model vesmíru
(1917). Ale protože nevěděl, že je nestacionární, pokusil se konstruovat model stacionární. Narazil pak na mnoho problémů a navštívil francouzského matematika Elie Cartana, který mu řekl:

• Můžete upravit vaši rovnici. Navrhuji:

S = c T -Lg

kde g je metrický tenzor a L konstanta. Tak zůstane rovnice dobře tenzorová a vaše řešení vždy invariantní při změně souřadnic.

• Ale, jaký je fyzikální význam této konstanty L?

• To, můj drahý, je váš problém. Já jsem matematik.....

Z rovnic pole, za předpokladu, že zakřivení je malé a rychlosti tepelného pohybu jsou malé oproti rychlosti světla c, lze najít newtonovskou dynamiku. Newtonova síla je pak opatřena korekčním členem:

...Tento korekční člen byl tak proporční ke vzdálenosti. Označení „odpudivá síla vakua“ se běžně používá (nebo přitažlivá, záleží na znaménku zvoleném pro tuto arbitrární konstantu L).

...Tato odpudivá síla vakua byla klíčovým prvkem, který umožnil Einsteinovu stacionárnímu vesmíru poznat rovnováhu (nestabilní, mimochodem). Ale, velmi rychle:

• Objev Edwina Hubbleho zaznamenal posun z, asimilovaný k obecnému pohybu kosmické expanze (Dopplerův efekt). Tak sbohem stacionárnímu modelu vesmíru.

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

Nespokojený Einstein se stáhl pod svůj stan, řeknuv:

• Kdybych věděl, že vesmír je nestacionární, našel bych to před Friedmannem!

...Tato kosmologická konstanta pak upadla do téměř zapomnění po desítky let. Někteří předložili argumenty prosazující její nutnou nulovost. Skutečnost je taková, že odkazujíc na akce na velmi velkých vzdálenostech, dávala cítit svou akci jen pozdě, když charakteristický rozměr R(t) vesmíru dosáhl „dostatečné hodnoty“.

...Měření posunu z, radiální rychlosti galaxií, umožňují kalibrovat Hubbleovu zákon, který plyne z řešení rovnice pole a jednoduše říká:

Úniková rychlost je proporční k posunu z

Konstanta proporčnosti se nazývá Hubbleova konstanta Ho.

....Poznámka pro ty, kteří to nevědí. Atom, v laboratoři, v klidu vzhledem k měřicímu přístroji, emituje například záření odpovídající vlnové délce l.
V důsledku Dopplerova efektu tentýž atom, v pohybu, dá vlnovou délku: l' = l + D l

Položíme:

Pokud D l je kladné: zdroj se vzdaluje: posun k červenému (red shift).

Pokud D l je záporné, zdroj se přibližuje: „posun k modrému“ (blue shift).

Hubbleova konstanta se objevuje také v zákonu expanze R(t) v závislosti na čase:

...Víme, že existují ve skutečnosti tři Friedmannovy modely, které se liší jen popisem, který dávají vzdálené budoucnosti kosmu.

Na schématu níže, kde se předpokládá, že jsme „poměrně daleko“ od této vzdálené budoucnosti vesmíru, jsou tři křivky splývající.

...Tedy znalost zákona kosmické expanze, Hubbleovy konstanty, umožňuje okamžitě, podle tohoto modelu (s nulovou kosmologickou konstantou) odvodit stáří vesmíru.

...Představme si, že uděláme okamžitou fotografii výbuchu granátu. Doba expozice by dala určitou rozmazanost objektů, což by umožnilo vyhodnotit jejich rychlost, tedy vypočítat, z pouhé fotografie, kdy výbuch začal. Kosmický výbuch je samozřejmě odlišný od výbuchu granátu, svou dynamikou, protože gravitační síla, brzdící expanzi, ji postupně zpomaluje.

...Objekty kosmu jsou poháněny vlastními pohyby, způsobem molekul plynu, které jsou poháněny pohybem tepelného pohybu. Mluví se mimochodem o „kosmické tekutině“, „plynu“, jehož molekuly by byly galaxie.

...Aby bylo možné vyhodnotit Hubbleovu konstantu, bylo třeba opřít měření o dostatečně vzdálené objekty, tedy poháněné dostatečně vysokými rychlostmi, aby tyto rychlosti překročily průměrnou hodnotu rychlosti tepelného pohybu galaxie v její kupě (řádově 500 až 1000 kilometrů za sekundu).

...Problém zůstával vyhodnocení vzdálenosti. Vidět galaxii na snímku je jedna věc, vyhodnotit její vzdálenost je jiná. Pro to je třeba znát její absolutní magnitudu, množství světla, které se předpokládá, že emituje. Po dlouhou dobu astronomové nebyli agreed na vyhodnocení této Hubbleovy konstanty (v této oblasti, velký odpůrce byl francouzský astronom de Vaucouleurs, pracující v USA).

...Nejstarší hvězdy naší vlastní galaxie patří ke hvězdným kupám, jako kupě Herkules. Dosud astronomové byli agreed na situování jejich maximálního stáří kolem 15 miliard let (ale někteří šli až na 20 nebo dokonce 22....). Celá hra pak consisted v upravení vyhodnocení Ho, aby se příliš nevzdálilo od tohoto stáří nejstarších hvězd.

...V roce 1993 astronomové mohli, pomocí vesmírného teleskopu Hubble, pozorovat cefeidy v extrémně vzdálených galaxiích (55 a 48 milionů světelných let). Cefeida je vzdálenostní etalon par excellence, protože se předpokládá, že známe zákon spojující jejich periodu fluktuace a množství světla, které emitují, jejich absolutní magnitudu (zákon Henrietty Leawitt, 1912). Měřením, pomocí teleskopu, jejich zdánlivé magnitudy, odvodíme jejich vzdálenost.

...Měření provedená na galaxiích, v letech 93-94, děly vzdálenost, kterou jsme dosud odhadli, téměř faktorem dva. Tím stáří vesmíru spadlo na 8 nebo 9 miliard let a ten se stal ... mladší než hvězdy, které obsahoval. A časopis Nature, v roce 1994, concluded „bude třeba znovu pustit model na práci“.

...Od té doby, dva nové fakty zasáhli. Zákon o cefeidách, aby byl využitelný, musí být kalibrován. Pokud připustíme, že existuje vztah mezi periodou těchto proměnných hvězd a jejich absolutní magnitudou, množstvím světla, které emitují, ještě je třeba disponovat nezávislými měřeními vzdálenosti. Ty jsou poskytovány metodou paralaxy, Besselovou. Slouží se pak sezónního posunu Země kolem Slunce, berouc dvě diametrálně opačné pozice. Pro danou hvězdu, relativně blízkou, vzhledem k pozadí velmi vzdálených hvězd, ve dvou ročních dobách budeme mít dvě různé pozice, odpovídající určitému úhlovému rozdílu Dq.

...Tato metoda má své limity. Čím vzdálenější je hvězda, tím větší je chyba. Měření vzdáleností byly nedávno recalibrovány pomocí satelitu Hipparcos. Podle specialistů analýza dat hlášených satelitem by vedla k revizi odhadovaných vzdáleností pro cefeidy, klasicky sloužící k kalibraci zákona, jejich vzdálenost se zvětšuje faktorem 1,2 až 1,4. Tak galaxie, ve kterých satelit Hubble detekoval cefeidy, nebyly „tak blízko“, tedy vesmír „tak mladý“. Ze své strany, ti, kteří vyhodnocovali stáří nejstarších hvězd hvězdných kup naší galaxie, udělali vážné úsilí na snížení a „vše se vrací do pořádku“, odhadují někteří.

Připustme...

...Další „klasické“ řešení consists, jak to udělal Lachièze-Rey, v vytažení, v nouzi, kosmologické konstanty L z naftalínu. Opátrana správným znaménkem (odpudivá síla vakua) má za efekt znovu spustit expanzi:

Zákon:

přestává tedy být platný, nebo poskytuje kratší stáří. Ve skutečnosti, skrze tento model „s proměnlivou geometrií“ lze vždy vybrat hodnotu L, která sedí s jakoukoliv hodnotou stáří vesmíru, například stáří jeho nejstarších hvězd. Někteří šli až tak daleko, že řekli, že to jednoduše dává měření L.

...Spor, který dělí astronomy ohledně stáří vesmíru, se zdá daleko od zhasnutí. Mezi optimisty, kteří, opírajíc se o nedávnou recalibraci cefeid, rozšiřují celý blízký vesmír (jako například vzdálenost galaxie Andromedy) a připouštějí revizi na snížení stáří nejstarších hvězd, a alarmisty, kteří si myslí, že měření Hubbleho vznesou reálný problém, jakou pozici zaujmout?

Pozici opatrného čekání, bezpochyby.

Obsah článku Obsah Věda Domovská stránka

Předchozí stránka Další stránka

Návrat na Guide-Sciences Počet zobrazení této stránky od 1. července 2004
: