Objev zpomaleného rozpínání vesmíru, díl 2.

 Dnes to popíšeme přesněji a z mnoha modelů, které popisují nehomogenní vesmír, vybereme dva, které porovnáme.

  První z nich je z University of Helsinky, 2007 (1), kde dnešní hustota  hmoty narůstá do vzdálenosti 4 Gpc, zatímco Hubbleův parametr klesá.
 

   Na obr. 1 je zeleně průběh dnešní hustoty hmoty ve vesmíru  až do  vzdálenosti 5 Gpc = 16,3 Gly , přičemž my se nacházíme v bodě 0 s nejnižší hustotou. Modře je zakreslen průběh Hubbleova parametru (dříve konstanty), který klesá z 65 na 52 km/s/Mpc. Je to tedy nelineární expanze podle modelu LTB, kterou jsme zde popisovali nedávno (3).  Tuto expanzi si můžeme představit docela snadno: Mějme pružné lano, na které nakreslíme značky ve stejné vzdálenosti od sebe, jako galaxie o stejné hmotnosti, tedy homogenní vesmír. Pokud toto lano budeme natahovat ve vodorovné poloze, budou značky udržovat stejné rozestupy a vesmír bude stále homogenní.  Pokud ovšem to lano zavěsíme, budeme natahovat směrem dolů a vezmeme v úvahu také zemskou gravitaci, vznikne zmíněná nelineární expanze.  Pokud lano natáhneme silou F a tíha lana bude GL, potom horní úsek lana bude napínán silou F+GL, zatímco dolní úsek pouze silou F a natáhne se méně,  tím vznikne nehomogenní vesmír, který bude mít v bodě  0 menší hustotu.
 

Na obr.2 je průběh hustoty poněkud jiný. Pochází od Phil. Bulla  a Tim. Cliftona, 2012 (2), kde autoři uvádějí:  “ To ukazuje, že pozorování provedena v nehomogenním vesmíru  mohou znamenat zrychlení bez existence temné energie.“
 Hustota zde stoupá do vzdálenosti asi 2,8 Gpc a pak mírně poklesne. Autoři zde zavádějí dva Hubbleovy parametry, příčný  (čárkovaný) a radiální, tedy ve směru od nás.  Ten nejdříve prudce klesá, ale pak se mírně zvýší. Tento model již nelze vysvětlit tak primitivně, ale opět pomocí gravitace to  půjde.  Na obr. 1 máme pozorovatele P ve vzdálenosti 5 Gpc, který se nachází v oblasti, kde je konstantní hustota hmoty. Vzhledem k tomu, že gravitace se šíří pouze rychlostí světla, bude na něj působit gravitačně pouze ta hmota, kterou může pozorovat, tedy to bude zhruba stejná koule jako v našem případě o poloměru 5,8 Gly = 1,8 Gpc, viz (3) Je to tedy homogenní koule, v jejímž středu je stav beztíže, tedy nulová gravitace g = 0.
   Druhý pozorovatel P´ je ve vzdálenosti 2,2 Gpc, kolem něho opíšeme stejně velkou kouli, která však nebude homogenní. Na pravé straně má podstatně vyšší hustotu než na levé, její hmota tedy způsobí gravitaci g v kladném směru. Z toho je zřejmé, že pozorovatel P´bude při rozpínání vesmíru dohánět pozorovatele P, čímž vznikne navýšení hustoty, které je už na obr.2 patrné.
  Na obr.2 máme pozorovatele P ve vzdálenosti 4,2 Gpc a kolem něho si opět opíšeme kouli o poloměru 1,8 Gpc. Tuto kouli si nyní svislým řezem rozdělíme na dvě polokoule. Pravou, která má hustotu h1= 1 a levou, jejíž hustota bude dána součtem hustot h1 + h2.  A nyní ke gravitační síle, která působí na pozorovatele: Gravitační síly obou polokoulí  způsobené hmotou o hustotě h1 se vzájemně vyruší a zůstane  nám pouze gravitace levé polokoule o hustotě h2, která bude na pozorovatele působit záporným směrem.   A to znamená, že rozpínání časoprostoru v této dnešní vzdálenosti 4,2 Gpc se musí v důsledku zmíněné gravitace zpomalovat.
 

Prameny:

(1) http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0609120.pdf(2) https://arxiv.org/pdf/1203.4479v2.pdf(3)  http://dudr.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=559769(4)  http://dudr.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=559769