Co znamená model ΛCDM?
ΛCDM je zkratka pro nejpoužívanější základní model vývoje vesmíru. Spojuje rozpínání kosmu, běžnou hmotu, chladnou temnou hmotu a temnou energii v podobě kosmologické konstanty. Mnoho pozorování vysvětluje společně, ale odpověď na všechno nemá.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Co znamenají jednotlivá písmena
Λ, čteno lambda, označuje kosmologickou konstantu v Einsteinových rovnicích gravitace. V tomto modelu představuje temnou energii: složku s konstantní hustotou energie, která souvisí se zrychleným rozpínáním vesmíru. Samotná zkratka neříká, jaká je její mikroskopická podstata.
CDM pochází z anglického cold dark matter, tedy chladná temná hmota. „Chladná“ zde znamená, že se její částice v období důležitém pro vznik kosmických struktur pohybovaly pomalu ve srovnání s rychlostí světla. Nejde jednoduše o teplotu, kterou bychom změřili běžným teploměrem.
Víc než dvě neznámé složky
Model obsahuje také běžnou hmotu, záření a neutrina. Opírá se o obecnou teorii relativity a předpoklad, že vesmír je na dostatečně velkých měřítkách přibližně stejnorodý a ve všech směrech podobný. Tento předpoklad se nazývá kosmologický princip. Stejnorodost vyjadřuje podobnost průměrných vlastností na různých místech, izotropie podobnost v různých směrech. Běžná základní verze navíc předpokládá prostorovou plochost.
Nejde o mapu každé jednotlivé galaxie. Je to rámec pro popis celkového rozpínání a růstu nerovnoměrností, z nichž vznikly galaxie a kosmická síť. Vznik hvězd a působení černých děr vyžadují další astrofyzikální modelování.
Co se s pozorováním shoduje
Velkou předností ΛCDM je, že jedním souborem parametrů dokáže popsat více různých pozorování. Patří k nim struktura reliktního záření, velkorozměrové rozložení galaxií i vztah mezi vzdáleností a rudým posuvem supernov.
Z analýz v tomto rámci vychází přibližně 5 % běžné hmoty, 27 % temné hmoty a 68 % temné energie v dnešní celkové energetické bilanci. Jsou to zaokrouhlené hodnoty závislé na použité analýze, nikoli stejné poměry po celou historii vesmíru. Záření mělo v raných dobách mnohem větší význam.
V dnešním vesmíru podle modelu ΛCDM připadá přibližně 5 % celkového obsahu hmoty a energie na běžnou hmotu, 27 % na temnou hmotu a 68 % na temnou energii. Tyto podíly se během vývoje vesmíru měnily. Uvedená čísla jsou zaokrouhlená.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · Odborný podklad · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Co zůstává otevřené
Stále neznáme částicovou podstatu temné hmoty ani hlubší vysvětlení kosmologické konstanty. Významnou zkouškou je také Hubbleovo napětí. Výsledky některých měření se s předpovědí základního modelu rozcházejí.
Temnou hmotu v modelu používáme k vysvětlení gravitačních účinků, které pozorujeme například v pohybech galaxií a při ohýbání světla. Z jakých částic se skládá, vědci teprve zjišťují. Přesnost modelu ověřujeme porovnáváním jeho předpovědí s měřením. Pokud se určitá předpověď opakovaně rozchází se spolehlivými výsledky, hledáme příčinu rozdílu a zvažujeme, kterou část modelu je třeba upravit.
Proč se zkoumají alternativy
Vědci prověřují například proměnlivou temnou energii, jiné vlastnosti temné hmoty nebo změny gravitační teorie. Alternativa musí projít stejnými testy jako ΛCDM a navíc vysvětlit, proč přidané předpoklady potřebujeme.
Model proto není nedotknutelnou pravdou ani pouhou libovolnou představou. Je to společný výchozí bod, jehož předpovědi lze porovnávat s měřením a postupně zpřesňovat nebo nahrazovat.
Zdroje a další čtení
Planck Collaboration: Kosmologické parametry, výsledky Planck 2018
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Když se píše, že nový objev „zpochybňuje model vesmíru“, ptejte se, kterou jeho předpověď zpochybňuje a jak silná jsou data. Jeden neobvyklý objekt ani jedna odlišná hodnota automaticky neznamenají, že je celý model chybný.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)