Jak James Peebles pomohl vybudovat moderní kosmologii?
James Peebles patří k vědcům, kteří pomohli proměnit kosmologii v přesnou fyzikální disciplínu. Zkoumal raný vesmír, reliktní záření i vznik galaxií a jejich uspořádání. Jeho přínos spočívá v propojení těchto oblastí prostřednictvím výpočtů, které lze porovnávat s pozorováním.
© / kredit: Juan Diego Soler · Zdroj · · CC BY 2.0 · Úpravy: zmenšení, rámeček a kredit.
Jak může teoretik měřitelně přispět
James Peebles se narodil v roce 1935 v Kanadě a podstatnou část vědecké dráhy spojil s Princetonem. Při pohledu na mapu galaxií vidíme současný výsledek dlouhého vývoje. Abychom z ní vyčetli vlastnosti vesmíru, potřebujeme spočítat, jak se počáteční malé nerovnosti mohly měnit působením gravitace a rozpínání.
Peebles rozvíjel právě tento druh popisu: vycházet z fyzikálních procesů, vypočítat jejich následky a porovnat je s daty. Teoretická práce zde nevytváří jen možné příběhy. Poskytuje předpovědi, podle nichž lze modely přijmout jako použitelné, omezit nebo odmítnout.
Spojení s objevem reliktního záření
V šedesátých letech pracoval Peebles v Princetonu s Robertem Dickem a dalšími kolegy na fyzice horkého raného vesmíru. Roku 1965 byl spoluautorem práce, která pomohla vyložit mikrovlnný přebytek zachycený Penziasem a Wilsonem.
Peebles tak patřil ke skupině, která dodala fyzikální interpretaci pozorování. Samotný signál však zachytili Penzias a Wilson a myšlenky o zbytkovém záření existovaly již před princetonským výzkumem. Přesné připsání zásluh odlišuje předpověď, měření a rozpoznání jeho významu.
Od vzniku atomů k zárodkům galaxií
Peebles přispěl k výpočtům, jak v rozpínajícím se vesmíru vznikaly neutrální atomy a jak přitom světlo postupně přestávalo často interagovat s volnými elektrony. Tento proces ovlivňuje podobu mapy reliktního záření.
Zabýval se také růstem hustotních nerovností a statistickým uspořádáním galaxií. Jedna konkrétní galaxie má složitou historii, ale u velkého souboru lze měřit například to, jak často nacházíme galaxie blízko sebe. Takový údaj poskytuje další zkoušku fyzikálního modelu.
Proč byly důležité neviditelné složky
Při spojování pozorování vycházelo najevo, že samotná běžná hmota nestačí k uspokojivému popisu všech vlastností vesmíru. Peebles se podílel na rozvoji modelů s temnou hmotou a na úvahách o kosmologické konstantě.
Dnešní ΛCDM spojuje běžnou hmotu, studenou temnou hmotu a kosmologickou konstantu s vývojem rozpínání a struktur. Schéma níže ukazuje jeho dnešní přibližné složení; nejde o složení platné ve všech epochách. Model vznikal společnou prací mnoha vědců a Peebles nebyl jeho jediným autorem.
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 ocenila Nobelova cena
V roce 2019 získal Peebles polovinu Nobelovy ceny za fyziku za teoretické objevy ve fyzikální kosmologii. Ocenění se vztahovalo k dlouhodobé práci, nikoli k jednomu novému snímku či jedinému objevenému objektu.
Jeho příběh propojuje témata, která mohou v přehledu působit odděleně: první jádra a atomy, reliktní světlo, temnou hmotu a dnešní galaxie. Síla společného popisu spočívá v tom, že musí obstát při těchto různých měřeních současně.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Peebles pomohl ukázat, že různá pozorování patří do jednoho fyzikálního příběhu. Dobrý kosmologický model musí vysvětlovat současně vlastnosti raného vesmíru i struktury, které z něj později vyrostly.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)