Nová částice
Vesmír se rozpíná o devět procent rychleji, než by měl

Kosmologové mají těžký život. Pokaždé, když vymyslí krásnou novou teorii, která dokáže elegantně popsat vývoj universa od velkého třesku po dnešek, přijde nějaké nechutné měření a všechno zhatí. Tentokrát je to nesoulad mezi dvěma způsoby určení rychlosti rozpínání vesmíru.

Bylo by hezké, kdyby vesmír byl jako veliké akvárium, v němž by se galaxie poklidně převalovaly jako přerostlé zlaté rybky. Jenže to tak ale není. Vesmír se rozpíná a galaxie se od sebe neustále vzdalují. Není to ale jako když střelíte do hejna vrabců, kteří se rozletí do všech směrů. Galaxie se nehýbou. Roztahuje se prostor mezi nimi. Jistě uznáte, že to zní složitě a nepředstavitelně už samo o sobě. Fyzikové ovšem teď mají s rozpínáním vesmíru nový problém, který celou záležitost komplikuje ještě víc. Snad by ho mohla vyřešit nová částice, již si původně vymysleli kvůli něčemu jinému. Nepředbíhejme však!

O rozpínání vesmíru máme dva druhy dat. První z nich je kolísání v takzvaném kosmickém pozadí. Je to mikrovlnné záření, které prostupuje celé universum a přichází ze všech směrů. Fyzikové si myslí, že tu zbylo z časů těsně po velkém třesku.

V kosmickém pozadí jsou drobné nepravidelnosti, ze kterých se dá odhadnout, jak rychle se vesmír rozpínal, když byl ještě mladý a žhavý. Druhý zdroj informací je vzdalování galaxií v současnosti.

Devět procent

K jeho měření se používá světlo supernov. Byl to jeden z hlavních důvodů, proč NASA vypustila na oběžnou dráhu slavný Hubbleův kosmický teleskop. Jeho asi nejdůležitější objev je, že rozpínání vesmíru se zrychluje. Kosmologové kvůli němu museli vymyslet hypotézu o takzvané temné energii, která zrychlování způsobuje. Jenže na nejnovější problém s rozpínáním vesmíru nestačí ani ona. Odhady rychlosti rozpínání založené na nepravidelnostech v kosmickém pozadí a měření vzdálenosti galaxií se totiž liší.

Rozdíl je asi devět procent. Tvrdí to skupina vědců v čele s Adamem Riessem z Hopkinsovy univerzity v časopise The Astrophysical Journal. Riess je mimochodem jeden z trojice vědců, kteří objevili zrychlování expanze univerza a získali za to v roce 2011 Nobelovu cenu.

Popularizační časopis New Scientist k nesouladu poznamenal, že zatím může jít o bouři ve sklenici vody. "Myslím, že zatím je rozpor na úrovni: to je zajímavé a má smysl o tom přemýšlet," citoval kosmologa Davida Spergela z Princentonu. "Ale ještě to není: zpanikařme, poněvadž víme, že náš současný model musí být špatně."

Nové neutrino

Měření reliktního záření i vzdálenosti galaxií se mohou v budoucnu natolik zpřesnit, že rozdíl vymizí. Aspoň části kosmologů by se však možná líbilo, kdyby vydržel. Nesoulad mezi měřením a teorií totiž většinou přináší nové zajímavé teorie. Fyzikové už dokonce mají něco, co by mohlo rozpor vysvětlit. Je to nová, zatím neobjevená, částice. Říkají jí sterilní neutrino. Neutrina jsou maličké, elektricky neutrální, a velice lehké částice. Pohybují téměř rychlostí světla. Ostatní hmoty si takřka nevšímají. Vesmír je pro ně prakticky průhledný.

Ze čtyř základních sil ve vesmíru reagují jen na dvě: gravitaci a slabou sílu. Slabá síla působí jen uvnitř atomového jádra. Způsobuje jeden druh jaderného rozpadu.

Sterilního neutrina by se neměla dotýkat ani ona. Jediné, co ho ovlivňuje, by měla být gravitace. Fyzikové si sterilní neutrino původně vymysleli jako doplněk ke třem typům neutrin, jež už znají. Teď by se jim ale podle New Scientistu hodilo při řešení problému s rozpínáním vesmíru.

Chybějící lithium

Temná energie se objevila v době, kdy byl vesmír ještě rozpálený a kašovitý. Jak se rozpínal, začínala vyplňovat volný prostor a převládat nad hmotou, až nakonec úplně vyhrála. Kdyby ale byla část hmoty vázaná v lehkých neutrálních částicích, vyhrála by ještě rychleji. Čím víc by totiž vesmír expandoval a řídnul, tím menší by tyto částice měly energii a vliv. Sterilní neutrino se na takovou částici hodí. Drobný problém je jen, že zatím nikdo neví, jestli opravdu existuje. Na to jsou ovšem fyzikové zvyklí.

Na urychlovačích v americkém Fermilabu a evropském CERNu běží dva experimenty, které by mohly sterilní neutrino najít, nebo spíš ukázat vědcům, jak ho hledat. Pokud by měli štěstí, vyřešili by jedním vrzem ještě jednu záhadu: nedostatek lithia ve vesmíru.

Třetí nejlehčí prvek vznikal těsně po velkém třesku rozpadem atomů čtvrtého nejlehčího prvku, beryllia. Fyzikům ale vychází, že v raném vesmíru byla maximálně polovina množství lithia, které by čekali. Kdyby neznámá částice ničila berylliové atomy dřív, než by se stačily rozpadnout, měli by po problému. Všichni by byli spokojení. Tedy aspoň dokud by se nevynořila nějaká jiná nesrovnalost, již by bylo třeba promyslet.