Data ze supernov zpochybňují stálou temnou energii. Ne však zatím kosmické zrychlování

Nejopatrnější výklad nových výsledků zní: prověřována je stálost temné energie, nikoli definitivně vyvráceno zrychlené rozpínání vesmíru. Supernovy typu Ia slouží jako „standardizovatelné svíčky“ pro měření kosmických vzdáleností. Převod jejich jasnosti na vzdálenost však vyžaduje korekce vlivů prostředí a možného vývoje vlastností těchto explozí. Právě tyto korekce jsou nyní středem sporu.

Pantheon+: věk progenitorů a směr na obloze

Tým TIFR–Oxford znovu analyzoval katalog Pantheon+ a zahrnul korekci závislosti standardizované svítivosti supernov Ia na stáří hvězdné populace, z níž jejich progenitoři pocházejí. V jejich kosmografické analýze posunula tato korekce monopolní složku parametru zpomalení do kladných hodnot, tedy směrem ke zpomalování. Lokální dipólová složka závislá na směru na obloze, spojovaná s velkoprostorovým pohybem hmoty, přitom zůstala téměř nezměněna. 3

To samo o sobě neznamená, že je kosmické zrychlování jen iluze. Znamená to, že pokud se jasnost supernov vyvíjí s věkem jejich progenitorového systému a tento vliv není správně modelován, může se změnit odvozený obraz historie rozpínání.

Sporná je i síla této korekce. Starší analýza dospěla k závěru, že po důkladnějším započtení nejistot je zbytková souvislost mezi stářím a svítivostí v daném vzorku slučitelná s nulou. 12 Jde přesně o typ systematického efektu, který je nutné vyřešit dříve, než se změna kalibrace vyloží jako kosmologický objev.

Proč tvrzení o nezrychlujícím vesmíru není uzavřenou věcí

Interpretace Pantheonu+ zůstává otevřená. Pozdější přezkum 1 564 supernov uvedl, že opravil chybu souřadnic v testu nebeských polokoulí a že vzorek i po použití věkové korekce druhé skupiny stále ukazuje zrychlené rozpínání. 2

Také konečné výsledky pětiletého programu Dark Energy Survey uvádějí, že data ze supernov při plochém modelu ΛCDM a po započtení systematických nejistot vyžadují zrychlování s významností vyšší než 5 σ. Tatáž studie zjistila, že temná energie je přibližně v rozmezí 2 σ stále slučitelná s kosmologickou konstantou. 27

Debata tedy není jen otázkou „zrychluje se vesmír, nebo ne?“. Je také metodologická: jaké modely vývoje supernov, kalibrace, výběru objektů a lokálních pohybů jsou dostatečné pro vyvození globálního závěru?

Katalog 2 884 supernov: mění se temná energie v čase?

Druhý nedávný směr výzkumu zrychlování nutně nezpochybňuje. Sjednocený katalog Unite, který kombinuje Pantheon+ a DES-SN5YR, zahrnuje 2 884 pravděpodobných supernov typu Ia a je popisován jako největší vnitřně konzistentní soubor svého druhu. 34

Analýzy tohoto souboru byly prezentovány jako náznak preference temné energie, která se s kosmickým časem mění, před dokonale stálou kosmologickou konstantou Λ. Nejde ale o důkaz: výsledek závisí na použitém kosmologickém modelu i na kombinaci datových souborů. 37

Tento směr je podobný výsledkům projektu DESI, jenž měří baryonové akustické oscilace (BAO) — stopu raných hustotních vln v rozložení galaxií. BAO data DESI samotná jsou slučitelná se stálou rovnicí stavu temné energie, pro niž vychází (w=-0{,}99^{+0{,}15}_{-0{,}13}). Po spojení s daty reliktního mikrovlnného záření (CMB) nebo se supernovami Ia se však při připustění časově proměnného (w) objevuje preference parametrů proměnné temné energie. 25 Je to pozoruhodný signál, nikoli konečný verdikt.

Co z výsledků skutečně plyne

Obě výzkumné linie ukazují na odlišné, ale vzájemně slučitelné možnosti:

• Systematické chyby u supernov: stáří progenitorů, vlastnosti hostitelských galaxií, prach, kalibrace, výběr vzorku a lokální struktura mohou ovlivňovat vzdálenosti odvozené ze supernov Ia.
• Temná energie nemusí být stálá: zrychlování může být reálné, ale popis neměnnou kosmologickou konstantou Λ může být příliš zjednodušený.
• Směrové či lokální vlivy: dipólová složka může odrážet pohyb místního pozorovatele nebo rozsáhlé toky hmoty, ne nutně porušení kosmologické izotropie v základním měřítku.

Žádná z těchto možností neznamená obecný kolaps modelu ΛCDM, který zůstává základním pracovním rámcem pozorovací kosmologie. Fyzikální podstata temné energie i temné hmoty však stále není známa, takže podobné odchylky a náznaky vyžadují přísné ověřování.

Co může rozhodnout observatoř Rubin

Desetiletý projekt Legacy Survey of Space and Time (LSST) na observatoři Vera C. Rubin může dnešní spor proměnit v mnohem přísnější test. Prognózy pro LSST odhadují, že by mohl shromáždit přibližně 100 000 supernov typu Ia až do rudého posuvu (z=1), a výrazně tak zvýšit statistickou sílu měření historie rozpínání. 40

Rozhodující nebude pouze počet objektů. Velký a jednotněji pořízený vzorek s lepšími údaji o hostitelských galaxiích a širším pokrytím oblohy může ukázat, zda se věkové korekce a směrové anomálie opakují. LSST má během celé přehlídky změřit desetitisíce dobře zachycených světelných křivek supernov Ia. 49

Závěr: nová data zvyšují tlak na nejjednodušší představu neměnné kosmologické konstanty Λ. Zatím ale neopravňují k tvrzení, že se vesmír nezrychluje. Rozhodující bude, zda budoucí rozsáhlejší průzkumy dokážou oddělit skutečnou kosmickou fyziku od jemných astrofyzikálních zkreslení v datech supernov.