Czy Wszechświat nadal przyspiesza? Spór Yonsei–Southampton o supernowe

Spór między zespołami z Uniwersytetu Yonsei i Uniwersytetu w Southampton dotyczy jednego z najważniejszych pytań współczesnej kosmologii: czy ekspansja Wszechświata nadal przyspiesza, czy też pozorna akceleracja jest częściowo skutkiem systematycznego błędu w pomiarach supernowych typu Ia?

Nie ma jeszcze rozstrzygającej odpowiedzi. Zespół Yonsei uważa, że wiek gwiazd prowadzących do wybuchów wpływa na ich jasność nawet po zastosowaniu standardowych korekt. Southampton, w którego pracach uczestniczą laureaci Nagrody Nobla Adam Riess i Brian Schmidt, twierdzi natomiast, że efekt ten został zawyżony, a przyspieszanie kosmicznej ekspansji pozostaje najlepszym wyjaśnieniem danych. 813

Co twierdził zespół Yonsei

Supernowe typu Ia pełnią w kosmologii rolę tak zwanych „świec standardowych”. Astronomowie porównują ich obserwowaną jasność z oczekiwaną jasnością własną, aby wyznaczać odległości w kosmosie. Jeśli jednak jasność wybuchu zmienia się systematycznie wraz z wiekiem populacji gwiazd w galaktyce macierzystej, taka metoda może zniekształcać obraz historii ekspansji Wszechświata.

W badaniu opublikowanym w listopadzie 2025 roku zespół Yonsei wskazał na silną zależność między jasnością supernowych Ia po standaryzacji a wiekiem gwiazd w galaktyce macierzystej. Według autorów wiek populacji gwiazd zmienia się wraz z przesunięciem ku czerwieni, co może powodować systematyczne przesunięcie odległości wyznaczanych na podstawie supernowych. Po zastosowaniu odpowiedniej korekty zespół nie znalazł przekonującego dowodu na obecną akcelerację i zasugerował, że Wszechświat mógł wejść w fazę spowalniającej ekspansji.

Gdyby ten wynik został potwierdzony, miałby poważne konsekwencje dla standardowego modelu kosmologicznego ΛCDM. W tym modelu stała kosmologiczna Λ, utożsamiana z najprostszą wersją ciemnej energii, odpowiada za przyspieszanie późnej ekspansji Wszechświata. Niedawne przejście do spowalniania wymagałoby więc albo ewoluującej bądź słabnącej ciemnej energii, albo zasadniczej zmiany interpretacji supernowych i grawitacji.

Odpowiedź Southampton

Zespół kierowany przez naukowców z Southampton zakwestionował dwa główne elementy analizy Yonsei.

1. Wiek galaktyki nie musi być wiekiem progenitora

Yonsei wykorzystuje wiek populacji gwiazd w galaktyce macierzystej jako przybliżenie wieku gwiazdy lub białego karła, który ostatecznie doprowadził do wybuchu supernowej. Southampton odpowiada, że są to różne wielkości: galaktyka zawiera gwiazdy w różnym wieku, dlatego średni wiek jej populacji nie określa bezpośrednio wieku konkretnego progenitora supernowej. 18

W tej interpretacji fakt, że galaktyki stają się średnio młodsze wraz ze wzrostem przesunięcia ku czerwieni, nie oznacza automatycznie równie silnej ewolucji wieku progenitorów supernowych.

2. Korekta związana z masą galaktyki

Southampton wskazał również, że analiza Yonsei nie uwzględniała standardowej korekty związanej z masą galaktyki macierzystej, określanej jako „mass step”. Jest ona stosowana w nowoczesnych analizach supernowych, ponieważ ich jasność wiąże się z właściwościami środowiska, które korelują także z wiekiem gwiazd.

Po zastosowaniu tej korekty do tych samych danych zespół Southampton uzyskał znacznie słabszą zależność między wiekiem galaktyki a resztą Hubble’a — różnicą między zmierzoną a oczekiwaną jasnością po standaryzacji. Wniosek był taki, że sama korekta wieku nie wystarcza, by usunąć sygnał kosmicznej akceleracji.

Kontrargument Yonsei

Yonsei nie uznało tej odpowiedzi za rozstrzygającą. W najnowszej analizie zespół twierdzi, że Southampton połączył supernowe z nadmiernie szerokiego zakresu przesunięć ku czerwieni — około z = 0,04–z = 0,42.

W tym zakresie średni wiek galaktyk macierzystych zmienia się o około 3 miliardy lat. Zdaniem Yonsei grupowanie obiektów o tak różnych wiekach przed wykonaniem regresji może sztucznie spłaszczać zależność między wiekiem a resztą jasności. W efekcie obserwowana zależność wydaje się słabsza, niż jest w rzeczywistości. 2

Zespół argumentuje również, że Southampton potraktował zbyt niezależnie dwie wielkości, które są ze sobą powiązane:

• nachylenie zależności między wiekiem a jasnością oraz
• tempo, w jakim wraz z przesunięciem ku czerwieni zmienia się wiek progenitorów.

Nawet jeśli ewolucja wieku progenitorów jest słabsza niż ewolucja średniego wieku galaktyk, większe nachylenie zależności wiek–jasność może nadal prowadzić do istotnej łącznej korekty. Yonsei kwestionuje ponadto, czy sposób uwzględnienia masy i pyłu w analizie Southampton nie tłumi sztucznie sygnału związanego z wiekiem. 35

O co naprawdę toczy się spór?

To nie jest wyłącznie pojedynek między tezą o przyspieszaniu i tezą o spowalnianiu. W centrum dyskusji znajduje się pytanie, czy dane o supernowych zostały właściwie skorygowane pod kątem różnic w populacjach gwiazd i środowisku galaktycznym.

Southampton uważa, że:

• wieku galaktyki nie można bezpośrednio utożsamiać z wiekiem progenitora,
• korekta związana z masą galaktyki usuwa dużą część pozornej zależności od wieku oraz
• pozostała korekta jest zbyt mała, by zmienić kosmologiczny wniosek o przyspieszaniu ekspansji.

Yonsei odpowiada, że:

• wiek galaktyki jest uzasadnionym przybliżeniem właściwości populacji gwiazd związanych z supernową,
• analiza obejmująca zbyt szeroki zakres przesunięcia ku czerwieni zaniża nachylenie zależności wiek–jasność oraz
• korekta wieku może pozostać istotna nawet wtedy, gdy ewolucja wieku progenitorów jest słabsza niż ewolucja wieku galaktyk. 2

Do czasu przeanalizowania większych, niezależnych i bardziej jednorodnych próbek żadna ze stron nie doprowadziła do ostatecznego podważenia standardowego obrazu kosmologii.

Co wnoszą pomiary DESI?

Wyniki instrumentu Dark Energy Spectroscopic Instrument, w skrócie DESI, dostarczają ważnego kontekstu, ale same nie rozstrzygają sporu. Pomiary barionowych oscylacji akustycznych (BAO) wyznaczają relację między odległością a przesunięciem ku czerwieni w sposób niezależny od metody opartej na supernowych.

Połączenie danych DESI z pomiarami kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła oraz różnymi katalogami supernowych w niektórych analizach wskazywało na preferencję dla modeli, w których ciemna energia zmienia się w czasie. W jednym z połączeń danych DESI i CMB przewaga nad ΛCDM wyniosła 3,1 sigma. Po dodaniu różnych próbek supernowych poziom tej preferencji zmieniał się zależnie od użytego katalogu.

Nie jest to jednak niezależny dowód na to, że Wszechświat obecnie spowalnia. BAO ograniczają historię kosmicznych odległości, a wniosek o ewoluującej ciemnej energii zależy od przyjętego modelu oraz od zestawu połączonych danych. Nowsze analizy opisują tę preferencję jako umiarkowaną lub nierozstrzygającą, a niektóre nie znajdują statystycznie istotnej przewagi nad ΛCDM. 17

Jak można rozstrzygnąć tę kwestię?

Jednym z najczystszych testów byłoby porównanie supernowych w galaktykach o możliwie podobnym wieku populacji gwiazd, ale znajdujących się przy różnych przesunięciach ku czerwieni. Ograniczyłoby to konieczność stosowania dużej, teoretycznie narzuconej korekty wieku.

Pomóc mogą także:

• większe próbki supernowych wybrane w jednolity sposób,
• pomiary spektroskopowe galaktyk macierzystych,
• lepsze rozdzielenie wieku całej populacji gwiazd od wieku rzeczywistego progenitora,
• niezależne sprawdzenie wpływu masy, pyłu i lokalnego środowiska oraz
• nowe obserwacje prowadzone przez duże projekty, takie jak Vera C. Rubin Observatory i Nancy Grace Roman Space Telescope.

Obecny stan wiedzy

Najostrożniejsze podsumowanie brzmi: przyspieszanie kosmicznej ekspansji pozostaje standardową interpretacją, natomiast nowy spór dotyczy wiarygodności korekt stosowanych wobec supernowych typu Ia oraz wpływu wieku i środowiska ich progenitorów. Southampton twierdzi, że korekty Yonsei są zbyt duże. Yonsei odpowiada, że analiza Southampton zaniżyła nachylenie zależności wiek–jasność i nie uwzględniła właściwie matematycznego związku między tym nachyleniem a ewolucją wieku. 18

Jednocześnie dane DESI pozostawiają otwartą możliwość, że ciemna energia nie jest idealnie stała. To jednak wciąż coś innego niż dowód, że Wszechświat przeszedł już od przyspieszania do spowalniania. Ostateczny werdykt będzie zależał od dokładniejszych pomiarów supernowych i niezależnych testów kosmologicznych.