Zpomalené rozpínání vesmíru na velkých vzdálenostech

 Tento objev zde byl popsán již dříve (5), ale málo, takže se pokusíme jej popsat podrobněji.  Vycházíme z toho, že vesmír se nejdříve rozpínal zpomaleně v důsledku gravitace, asi do stáří 6 Gyr, a potom zrychleně,

  což dokazuje pozorování vzdálených supernov typu Ia. Dnes už však máme dva Hubleovy parametry rozpínání, 73,2 km/s/Mpc pro bližší vesmír a 66,9 km/s/Mpc odvozený z reliktního záření pro celý viditelný vesmír, z čehož vyplývá, že vesmír už nemůže být homogenní, jak tvrdí kosmologický princip, protože bližší vesmír se rozpíná rychleji, tedy má nižší hustotu než ten vzdálený. Je to tedy nelineární rozpínání, které má pouze jeden střed, poblíž kterého se nacházíme, protože pozorujeme vesmír ve všech směrech stejný, zatímco vzdálený pozorovatel nikoliv, když je vesmír euklidovský, tedy nezakřivený. 

  Hubbleův – Lemaitreův vztah   V = H . D
však nic neříká o tom, zda rozpínání je zrychlené, protože V je okamžitá rychlost v určité době,  pro současnost je to Vnow a vzdálenost je Dnow. Je to rovnice přímky, ale když máme dvě hodnoty H, už je poněkud zakřivená, jedná se tedy o nelineární expanzi v euklidovském prostoru. Tato nelineární expanze pak způsobí nehomogenitu, viz tečky dole, které představují galaxie před expanzí – mají stejné rozestupy – a po ní.

  Podle této expanze jsme na dalším obr.   zvolili vzdáleného pozorovatele RO a střed rozpínání CE.  Kolem pozorovatele zvolíme kouli s konstantní hustotou hmoty. Její gravitační účinky na pozorovatele jsou proto nulové.
Homogenní  koule se pak v důsledku expanze časoprostoru posune dál od CE a během této nelinární expanze změní tvar na nehomogenní ovoid, který má na levé straně větší poloměr zakřivení než na opačné straně. Již na první pohled je zřejmé, že gravitační působení tohoto ovoidu na pozorovatele nebude nulové, protože hmota s menším poloměrem zakřivení je blíž k pozorovateli než hmota na opačné straně. A gravitace jak známo klesá se čtvercem vzdálenosti, gravitace tedy bude působit ve směru expanze, kterou by pak mohla v této části vesmíru urychlovat.

  Gravitace se šíří rychlostí světla, takže gravitačně na pozorovatele působí pouze ta část vesmíru, kterou skutečně může pozorovat, nikoli celý vesmír. Pro nás to je poloměr světelného kužele 5,8 Gly = 1,78 Gpc (1)
Konstrukce tohoto ovoidu je velmi jednoduchá: Pozorovatel RO je ve vzdál. 10, bod ROe musí být potom ve vzdálenosti 10e. Bod A je ve vzdálenosti 6 od CE, bod Ae pak ve vzdálenosti 6e a musí ležet na spojnici CE – A, atd.
Vesmír se pak stává nehomogenním, protože střed rozpínání se poněkud vyprazdňuje

 Z toho vyplývá, že zrychlené rozpínání vesmíru může být způsobeno gravitací a není k němu třeba temné energie.

 Toto zrychlené rozpínání bylo pozorováno u vzdálených supernov SNIa s rudým posuvem 1 až 1,5 , čemuž odpovídá dnešní vzdálenost 3,4 až 4,5 Gpc.

  Nehomogenní vesmír řeší dnes už mnoho kosmologů, např. Phil. Bull a Tim. Clifton, (2),, kde autoři uvádějí: “ To ukazuje, že pozorování provedena v nehomogenním vesmíru mohou znamenat zrychlení bez existence temné energie.“

Jejich diagram jsme níže použili.
Hustota podle nich stoupá do vzdálenosti asi 2,8 Gpc a pak mírně poklesne. Autoři zde zavádějí dva Hubbleovy parametry, příčný (čárkovaný) a radiální h1, tedy ve směru od nás. Ten nejdříve hodně klesá, ale pak se mírně zvýší.
 

Na  obr. máme pozorovatele P ve vzdálenosti 4,2 Gpc a kolem něho si opět opíšeme kouli o poloměru 1,8 Gpc. Tato koule je opět nehomogenní, na pozorovatele bude tedy působit opačná gravitace. A to znamená, že rozpínání časoprostoru v této dnešní vzdálenosti 4,2 Gpc se musí v důsledku zmíněné gravitace zpomalovat.
  Mnohem jednodušší je tato analogie:

  Ve vzdálenosti 1500 Mpc klesá Hubbleův parametr h1, tudíž narůstá hustota (plná černá), a proto se expanze zrychluje ve směru „g“, to je známá skutečnost. A ve vzdálenosti 3500 Mpc je situace přesně opačná: Hubbleův podélný parametr narůstá, hustota už klesá a tudíž rychlost expanze se musí zpomalovat.
   Toto tvrzení však odporuje tomu, co je uvedeno výše, že supernovy ve vzdálenosti 3,5 až 4,5 Gpc se vzdalují zrychleně. K tomu jsme našli novější výzkumy, které uvádějí, že zmíněný pokles hustoty se nachází až za hranicí 6,5 Gpc viz např. (3) nebo 5 Gpc (4), viz obr. níže.
 

Prameny:

(1) http://people.virginia.edu/~dmw8f/astr5630/Topic16/t16_light_cones.html(2) https://arxiv.org/pdf/1203.4479v2.pdf

(3)  https://dudr.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=571196(4)  https://www.researchgate.net/figure/Physical-parameters-in-the-LTB-model-The-density-contrast-at-tz-0-tz-10-red_fig1_51989246

(5)  https://dudr.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=563462