Může stáří progenitorů supernov změnit důkaz o zrychlování vesmíru?

Supernovy typu Ia patří k nejdůležitějším nástrojům pro měření kosmických vzdáleností. Aktuální spor netvrdí, že temná energie už byla vyvrácena. Klade užší, ale zásadní otázku: nemůže změna standardizované svítivosti supernov se stářím hvězdného progenitoru v grafu vzdálenosti a rudého posuvu napodobovat signál zrychleného rozpínání vesmíru?

Co tvrdí nová analýza Pantheon+

Sporný postup aplikuje korekci závislou na stáří progenitorové populace na 1 701 supernov typu Ia z katalogu Pantheon+. Jeho autoři uvádějí, že po této úpravě vychází monopolní složka parametru zpomalení kladná: vesmír se dál rozpíná, ale rozpínání se zpomaluje, místo aby se zrychlovalo.

Princip je jednoduchý, důsledky ovšem velké. Supernovy Ia se podle tvaru světelné křivky a barvy „standardizují“, aby mohly fungovat jako měřítka vzdálenosti. Pokud po této standardizaci přetrvává závislost jasnosti na stáří a pokud se stáří příslušných hvězdných populací s rudým posuvem systematicky mění, může část pozorovaného trendu pocházet z astrofyzikálního vývoje, nikoli z kosmického zrychlování.

Kdyby se takový výklad potvrdil, oslabil by konkrétně důkaz zrychlování založený na supernovách. Sám o sobě by ale nestačil k vyvrácení širšího kosmologického modelu ΛCDM ani ostatních kosmologických měření.

Proč Schmidt, Riess a spoluautoři nesouhlasí

Oponentní analýza uznává, že vlastnosti hostitelských galaxií je nutné kontrolovat. Zpochybňuje ale, že navrhovaná korekce stáří je dost velká na to, aby zcela odstranila důkaz zrychlování.

Studie hájící robustnost supernovové kosmologie zdůrazňuje tři body:

• Uváděný efekt stáří může vznikat tím, že se stáří hostitelské galaxie považuje za stáří hvězdy, která nakonec explodovala. Tyto dvě veličiny ale obecně nejsou totožné.
• Odhadovaný rozdíl ve stáří progenitorů mezi blízkými a vzdálenými supernovami — v napadeném postupu zhruba 5 miliard let — je podle autorů nadhodnocený třikrát až pětkrát.
• Běžná korekce na hmotnost hostitelské galaxie už zachycuje známé vlivy prostředí, které se stářím také souvisejí. Po jejím použití autoři ve zkoumaném vzorku nenacházejí závislost standardizované jasnosti na stáří hostitelské galaxie.

Právě poslední bod zůstává předmětem věcné odborné neshody. Původní práce o věkovém zkreslení tvrdí, že korekce známá jako „mass step“ efekt zcela neodstraňuje, protože stáří progenitoru a hmotnost hostitelské galaxie se s rudým posuvem vyvíjejí odlišně. Nejde tedy jen o to, zda dělat korekce, ale kterou fyzikální veličinu lze spolehlivě měřit a jaký model prostředí data nejlépe popisuje.

Nezávislá kontrola: zrychlování zůstává, byť slabší

Pozdější opětovná analýza, která uvádí opravu chyby v souřadnicích, dospěla k závěru, že nekorigovaný Pantheon+ je slučitelný s modelem ΛCDM. I při použití sporné korekce stáří vychází monopolní parametr zpomalení (q_m=-0{,}267). Záporná hodnota odpovídá zrychlování, i když slabšímu. 17

Debatu to neuzavírá, ukazuje to ale, proč nelze hypotézu zpomalování vydávat za hotovou věc. Výsledek silně závisí na kalibraci, na propojení stáří galaxie a jejího progenitoru i na způsobu, jak se uplatňují korekce pro hostitelské galaxie.

Jak může rozhodnout Rubinův LSST

Projekt Legacy Survey of Space and Time (LSST) na observatoři Vera C. Rubin má během desetileté přehlídky změřit nejméně 500 supernov Ia za pozorovací sezónu a nashromáždit desítky tisíc dobře změřených světelných křivek až do rudého posuvu přibližně (z\sim1). 9 Jiné předpovědi počítají s objevem téměř milionu supernov Ia celkem. 4

Velký vzorek problém automaticky nevyřeší, ale umožní přísnější testy:

1. Porovnání při stejném rudém posuvu. Supernovy zhruba ve stejné vzdálenosti, avšak v galaxiích různého stáří, hmotnosti, metalicity a historie tvorby hvězd, mohou ukázat, zda po běžné standardizaci přetrvává rozdíl v jasnosti.
2. Společné modelování astrofyziky a kosmologie. Místo předpokladu, že vývoj hvězdných populací je nulový nebo dokonale známý, lze tento vliv přizpůsobovat současně s kosmologickými parametry. Pak se ověří, zda data stále vyžadují zrychlování.
3. Jednotnější pozorování. Jeden rozsáhlý program může omezit některé rozdíly v kalibraci mezi staršími přehlídkami, které by se mohly tvářit jako trend s rudým posuvem.

Zásadní výhrada zní, že množství dat samo systématické chyby nevyléčí. U velké většiny událostí LSST se nečeká individuální spektroskopická klasifikace ani určení rudého posuvu. Bude proto nutná spolehlivá fotometrická klasifikace, rudé posuvy hostitelských galaxií, kontrola výběrových efektů a velmi přesná fotometrická kalibrace. 4

Co je skutečně v sázce

Nejčistším testem bude Hubbleův diagram s nezávislou kalibrací a dobře popsanými hostitelskými galaxiemi: vyžaduje ještě zrychlování i tehdy, když model dovolí pružné, ale empiricky ověřené korekce věku a prostředí?

Pokud ano, věkové zkreslení nemůže být hlavním vysvětlením pozorovaného signálu. Pokud ne, interpretace supernov jako přímého důkazu pozdního kosmického zrychlování by potřebovala zásadní revizi. Zatím rozporné výsledky ukazují na živou metodologickou debatu, nikoli na definitivní kolaps teorie temné energie. 17