Według autorów pracy opublikowanej w „Universe“ ilości helu i deuteru przewidywane przez ich model nie różnią się od tych ze standardowego modelu, o ile przyjmie się wyższą z dwóch wartości gęstości zwykłej materii, jakie model dopuszcza. Wynik zależy też od założenia, że tempa wszystkich reakcji i rozpadów zmieniają się tak samo jak tempo ekspansji Wszechświata. Tym samym model kosmologii bez ciemnej materii i energii zdał kluczowy test i okazał się jedną z możliwości rozwoju Wszechświata.
WIDEO…
Czy do wyjaśnienia obserwacji naprawdę potrzebujemy ciemnej materii i ciemnej energii?
Mimo dziesięcioleci poszukiwań nie wykryto żadnej cząstki ciemnej materii, a natura ciemnej energii pozostaje nieznana. Standardowy model kosmologiczny, znany jako ΛCDM (w którym Wszechświat ma ok. 13,8 mld lat), mierzy się też z pytaniami, jakie rodzą obserwacje zaskakująco dojrzałych galaktyk we wczesnym Wszechświecie.
Tematowi przyglądali się Rajendra Gupta (profesor afiliowany na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Ottawskiego) oraz dr Nikolaos Samaras, sprawdzając model CCC+TL w odniesieniu do szeregu obserwacji.
Zgodność z filarami kosmologii i astrofizyki
– Większość powstających modeli wyjaśnia tylko ograniczony zbiór obserwacji. Nowy model nie może być sprzeczny z filarami kosmologii i astrofizyki, a nasze wyniki spełniają ten wymóg, także w odniesieniu do jeszcze niepublikowanego testu dotyczącego mikrofalowego promieniowania tła – mówi prof. Gupta.
Zacznijmy od nazewnictwa. Nukleosynteza pierwotna (BBN) to proces, w którym w pierwszych minutach po Wielkim Wybuchu powstały pierwsze lekkie jądra. Jej przewidywania zgadzają się z obserwacjami (z wyjątkiem tzw. problemu litu), więc każda nowa kosmologia musi ten test zdać.
Model CCC+TL zakłada dwie rzeczy. Po pierwsze, stałe fizyczne z wymiarem długości, takie jak prędkość światła, stała grawitacji czy stała Plancka, zmieniają się w czasie kosmicznym według jednej wspólnej funkcji. Wielkości bezwymiarowe, jak stała struktury subtelnej, a także masy i ładunki cząstek pozostają w tym ujęciu niezmienne. Po drugie, część przesunięcia światła ku czerwieni wynika z powolnej utraty energii przez fotony („zmęczone światło“). Oba efekty działają równolegle, zastępując potrzebę wprowadzania ciemnej materii i energii.
CCC+TL modyfikuje równania Einsteina i Friedmanna, opisujące grawitację oraz rozszerzanie się Wszechświata. Badacze nie mogli więc po prostu zmodyfikować standardowego modelu i istniejących programów komputerowych. Na potrzeby każdego testu opracowali odpowiednie równania i kod.
Jak model wypadł w teście nukleosyntezy?
W epoce nukleosyntezy ekspansja Wszechświata przebiegała w tym modelu około trzy razy wolniej niż w modelu standardowym przy tej samej temperaturze. Autorzy założyli, że w tym samym stopniu zwalniają też reakcje jądrowe. Wynik sprawdzili w kodzie nukleosyntezy, uzyskując niemal pełną zgodność.
Zgodność dotyczy przy tym tylko wyższej wartości gęstości zwykłej materii, jaką model dopuszcza (zbliżonej do wartości z danych CMB). Niższa wartość z danych o supernowych stwarzała nowe niezgodności, więc autorzy wskazują, że kwestia ta wymaga dalszych rozstrzygnięć. Jak informuje Uniwersytet Ottawski, model zgadza się też z innymi ważnymi obserwacjami, w tym z pomiarami kosmicznych chronometrów.
W pracy opublikowanej w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ naukowcy zastosowali model do 175 galaktyk z bazy SPARC i odtworzyli ich krzywe rotacji bez odwoływania się do ciemnej materii. Ponadto analiza Gromady Pocisk wykazała, że proponowany efekt grawitacyjny podąża za galaktykami, odtwarzając zachowanie przypisywane dotąd ciemnej materii. Zespół nazywa ten rezultat wstępnym dowodem, że proponowane wyjaśnienie może działać.
Więcej czasu na narodziny pierwszych galaktyk
CCC+TL może również pomóc wyjaśnić odkrycia dużych, dojrzałych galaktyk istniejących już na bardzo wczesnym etapie dziejów kosmosu.
W standardowym opisie epoka kosmicznego świtu przypadała na czas, gdy Wszechświat liczył około 300 milionów lat. Tymczasem w modelu CCC+TL temu samemu obserwowanemu przesunięciu ku czerwieni odpowiadałby wiek około 4,6 miliarda lat. Galaktyki miałyby więc znacznie więcej czasu, by powstać i wykształcić złożone struktury. Z obliczeń opisanych w czasopiśmie „Galaxies“ wynika, że wczesne galaktyki wychodzą w modelu około 12 razy większe pod względem rozmiaru i masy niż w modelu standardowym.
– Niemożliwe wczesne galaktyki stają się galaktykami przewidywalnymi – wyjaśnia Gupta. W ujęciu CCC+TL brak czasu na uformowanie się masywnych galaktyk po prostu przestaje być problemem.
Gupta uważa, że dotychczasowe wyniki powinny skłonić astronomów do uważniejszego przyjrzenia się tej propozycji, gdyż rozszerza ona opis fizyki Wszechświata poza ograniczenia standardowego modelu ΛCDM. Ostateczną weryfikację tych przewidywań może umożliwić realizowany z wykorzystaniem teleskopu Webba program GLIMPSE.
Źródło: Uniwersytet w Ottawie
