Nové údaje o akustické oscilace Baryonů posilují případ místní kosmické prázdnoty. Zjištění nabízí možné řešení napětí Hubble.
Když se podíváme na noční oblohu, může to vypadat, jako by naše kosmické okolí bylo plné nesčetných hvězd, planet a galaxií. Vědci však mají dlouhé navrhované že náš místní oblast vesmíru může obsahovat mnohem méně galaxií, než se očekávalo.
Důkazy stále více poukazují na možnost, že obýváme obrovskou kosmickou mezeru, s hustotou záležitosti o 20% nižší než kosmický průměr.
Ne každý fyzik je přesvědčen, že tomu tak je. Ale náš nedávný článek analýza zkreslených zvuků z raného vesmíru, publikované v Měsíční oznámení Královské astronomické společnostisilně podporuje myšlenku.
Problém napětí Hubble
Kosmologie je v současné době v krizi známé jako Hubbleová napětí: zdá se, že místní vesmír se rozšiřuje asi o 10% rychleji, než se očekávalo. Očekávaná sazba je odvozena tím, že provádí přesná pozorování kojeneckého vesmíru a promítá je dopředu pomocí standardního kosmologického rámce, známého jako lambda-studená temná hmota (λCDM).
Můžeme prozkoumat raný vesmír s výjimečnými detaily prostřednictvím kosmického mikrovlnného pozadí (CMB), relikvie záření sahající až do doby, kdy byl vesmír asi 1100krát menší než dnes. Zvukové vlny, které procházely horkým plazma raného vesmíru zanechalo za sebou střídavé oblasti vyšší a nižší hustoty, a tedy změny teploty.
Analýzou fluktuací v CMB na řadě stupnic mohou vědci efektivně „poslouchat“ ozvěny těchto pravěkých zvukových vln, které rezonují nejsilněji v určitých charakteristických měřítcích.
Akustické oscilace baryonu jako standardní pravítko
Tyto vzory jsou zachovány v CMB a jsou známé jako Baryonské akustické oscilace (BAOS). Protože nasadili tvorbu galaxií a struktur ve velkém měřítku, lze v současném rozdělení galaxií detekovat stejné vzory.
Studiem toho, jak se galaxie shlukují při různých červených posunech (které odpovídají vzdálenosti), mohou vědci sledovat tyto oscilace. Jeden zvláště výrazný shlukovací prvek, nazývaný „Angular BAO Scale“, slouží jako klíčový značka.
Tato funkce poskytuje to, co kosmologové nazývají „standardní pravítko“, známá velikost, která jim umožňuje určit vzdálenosti přes vesmír. Měřením toho, jak se toto měřítko objevuje na obloze při daném červeném posunu, mohou vědci vypočítat jak vzdálenost k těmto galaxiím, tak míru kosmické expanze.
Testování hypotézy prázdnoty
Pomocí těchto měření mohou kosmologové určit míru expanze pomocí dat trigonometrie a červeného posunu. Pokud se funkce BAO zdá být větší v určité vzdálenosti, znamená to, že místní vesmír se rychle rozšiřuje.
Moji kolegové a já jsme dříve tvrdili, že napětí Hubble může být způsobeno naší polohou v rámci velké prázdnoty. Je to proto, že by řídké množství hmoty v prázdnotě bylo gravitačně přitahováno k hustší hmotě mimo něj, neustále vytékající z prázdnoty.
V předchozí výzkumUkázali jsme, že tento tok by vypadal, že místní vesmír se rozšiřuje asi o 10% rychleji, než se očekávalo. To by vyřešilo hubbleové napětí.
Chtěli jsme však více důkazů. A víme, že místní prázdnota by mírně narušila vztah mezi úhlovým měřítkem BAO a červeným posunem v důsledku rychlejšího pohybujícího se záležitosti v prázdnotě a jejím gravitačním účinkem na světlo zvenčí.
V našem novém článku se tedy Vasileios Kalaitzidis rozhodli otestovat předpovědi modelu prázdu pomocí měření BAO shromážděných za posledních 20 let. Naše výsledky jsme porovnali s modely bez prázdnoty za stejnou historii rozšíření pozadí.
V modelu Void by měl pravítko BAO vypadat větší na obloze při jakémkoli daném červeném posunu. A tento přebytek by se měl ještě zvětšit při nízkém červeném posunu (těsná vzdálenost) v souladu s napětím Hubble.
Silné důkazy pro místní prázdnotu
Pozorování potvrzují tuto predikci. Naše výsledky naznačují, že vesmír s místní prázdnotou je asi sto milionůkrát častěji než kosmos bez jednoho, při použití měření BAO a za předpokladu, že se vesmír rozšířil podle standardního modelu kosmologie informovaného CMB.
Náš výzkum ukazuje, že model ACDM bez jakékoli lokální prázdnoty je v „3,8 sigma napětí“ s pozorováním BAO. To znamená, že pravděpodobnost vesmíru, aniž by se tato data nehodila, je ekvivalentní spravedlivé mincové přistávací hlavě 13krát v řadě. Naproti tomu pravděpodobnost, že data BAO vypadají tak, jak se jedná o modely Void, je ekvivalentní spravedlivé mincové přistávací hlavě jen dvakrát v řadě. Stručně řečeno, tyto modely se datum dobře hodí.
V budoucnu bude zásadní získat přesnější měření BAO při nízkém červeném posunu, kde standardní pravítko BAO vypadá na obloze větší – ještě více, pokud jsme v prázdnotě.
Průměrná míra rozšíření dosud vyplývá přímo z věku vesmíru, který můžeme odhadnout z věku starých hvězd v Mléčná dráha. Místní mezera by neovlivnila věk vesmíru, ale některé návrhy na to ovlivňují. Tyto a další sondy vrhnou více světla na hubbleovou krizi v kosmologii.
Reference: „Testování lokální hypotézy prázdnoty pomocí měření akustické oscilace Baryonu za posledních 20 let“ od Indranil Banik a Vasileios Kalaitzidis, 13. května 2025, Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.
Doi: 10.1093/minras/staf781
Přizpůsobeno z článku původně zveřejněného v Konverzace.
Indranil Banik dostává finanční prostředky od Královské společnosti jako součást univerzitního výzkumného společenství spravovaného jeho šéfem Harrym Desmondem. Druhým autorem příspěvku byl Vasileios Kalaitzidis, který obdržel vysokoškolský letní projekt Grant od Královské astronomické společnosti, aby provedl analýzu popsanou zde.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
