Když se blízký vesmír zdál řidší než vzdálenější okolí

V roce 2013 publikovali Ryan Keenan, Amy Barger a Lennox Cowie měření infračervené svítivosti galaxií v různých vzdálenostech. K-band je pro podobnou práci užitečný, protože přibližně sleduje množství hvězdné hmoty. Autoři zjistili, že za červeným posuvem zhruba 0,07 roste naměřená svítivost na jednotku objemu a kolem z přes 0,1 dosahuje přibližně jedenapůlnásobku lokální hodnoty.

Jedna interpretace je přímočará: v okolí Mléčné dráhy žijeme v oblasti s nižší průměrnou hustotou galaxií a hmoty, která se teprve ve vzdálenosti několika set megaparseků přibližuje kosmickému průměru. Podle příjmení tří autorů se pro tuto možnou strukturu vžil název KBC void.

Rozměr několika set megaparseků je obtížné si představit. Jeden megaparsek odpovídá přibližně 3,26 milionu světelných let, takže struktura o poloměru kolem 300 Mpc by sahala téměř miliardu světelných let. Nešlo by o prázdnou kouli, ale o velmi širokou oblast, v níž je statisticky méně hmoty než v kosmickém průměru.

„Prázdnota“ není prázdná

Slovo void svádí k představě obrovské černé dutiny. Kosmologické prázdnoty ale obsahují galaxie i temnou hmotu; jen je jich méně než v průměrné části vesmíru. Rozhodující jsou dvě čísla: jak hluboká podhustota je a jak velký prostor zabírá.

Právě zde se různé analýzy rozcházejí. Původní KBC měření naznačovalo změnu svítivostní hustoty na škále řádově stovek megaparseků. Pozdější autoři vytvořili modely, v nichž jsme uvnitř velké lokální podhustoty, která ovlivňuje rychlosti galaxií a tím i měřenou lokální expanzi.

Samotné mapování hustoty je obtížné, protože různé přehlídky vybírají jiné typy galaxií a svítivost není totéž co celková hmotnost. Astronomové proto kombinují počty galaxií, infračervenou svítivost, přímé vzdálenosti a jejich zvláštní rychlosti. Každá metoda vidí jinou část problému a citlivě reaguje na výběrové efekty i na to, jak je definován profil podhustoty.

Proč by void mohl změnit lokální Hubbleovu konstantu

Představme si oblast s menším množstvím hmoty než okolí. Gravitace hustších oblastí za jejím okrajem může vést k systematickým výtokovým rychlostem galaxií směrem ven. Pozorovatel uvnitř pak může část těchto zvláštních rychlostí zaměnit za větší kosmickou expanzi. Lokálně odvozená Hubbleova konstanta by tak mohla vyjít vyšší než globální hodnota.

To je atraktivní ve světle Hubbleova napětí: lokální distance ladder dlouhodobě dává vyšší H0 než hodnota odvozená z raného vesmíru při standardním modelu ΛCDM. Velká podhustota by mohla část rozdílu vysvětlit bez změny fyziky raného vesmíru.

Pokud bychom byli poblíž středu takové podhustoty, efekt by mohl být poměrně symetrický a obtížně rozpoznatelný pouze z červených posuvů. Galaxie by kromě kosmické expanze získávaly zvláštní rychlost směrem z řidší oblasti. Přesně proto jsou důležité nezávislé vzdálenosti: dovolují oddělit část rychlosti způsobenou rozpínáním vesmíru od pohybu vyvolaného okolní strukturou.

Rok 2020: velká prázdnota jako problém pro ΛCDM

Práce Haslbauera, Banika a Kroupy z roku 2020 vzala hlubokou KBC podhustotu vážně a porovnala ji s očekáváním standardní kosmologie. Autoři uváděli relativní deficit hustoty kolem 46 procent mezi přibližně 40 a 300 Mpc a argumentovali, že tak výrazná struktura je v simulacích ΛCDM mimořádně nepravděpodobná.

Studie proto spojila dvě otázky – existenci velkého voidu a Hubbleovo napětí – a zvažovala alternativní gravitační modely. Tento závěr ale není obecně přijatým „důkazem pádu ΛCDM“. Závisí na tom, zda má lokální podhustota skutečně parametry, které model předpokládá.

Přímé vzdálenosti v roce 2025 obraz zmenšily

Novější test použil katalog CosmicFlows-4, tedy přímé odhady vzdáleností a zvláštních rychlostí galaxií. Stiskalek a spoluautoři v roce 2025 zkoušeli různé profily lokálního voidu a zjistili, že data preferují podhustotu menší než zhruba 70 Mpc pro několik zvolených profilů – výrazně méně než fiducialní několikasetmegaparsekový model použitý v některých dřívějších pracích.

Výsledek neříká „žádný lokální void neexistuje“. Spíš ukazuje, že jeho velikost a schopnost vyřešit Hubbleovo napětí nejsou uzavřené. Některé profily mohou napětí zmírnit, ale nejlepší modely současně narážejí na další měření velkoškálových proudů.

CosmicFlows-4 je pro tuto otázku cenný právě proto, že nespoléhá jen na jasnost galaxií v jednom fotometrickém pásmu. Pracuje s katalogem nezávislých odhadů vzdáleností a umožňuje rekonstruovat lokální proudění. Výsledek z roku 2025 proto není jednoduchým opakováním původní studie: testuje, zda by různé navržené profily voidu vytvářely rychlosti odpovídající skutečným datům.

Kosmologická záhada, kterou rozhodnou mapy a rychlosti

V roce 2026 se lokální podhustota stále diskutuje, mimo jiné v souvislosti s tím, že některé nízko-redshiftové údaje o Hubbleově konstantě a baryonových akustických oscilacích vykazují odlišnosti od vyšších červených posuvů. To udržuje myšlenku lokálního prostředí ve hře, ale zároveň zvyšuje nároky na konzistentní vysvětlení všech dat.

Nejzajímavější na KBC prázdnotě je právě to, že se její status může v příštích letech výrazně změnit. Přesnější trojrozměrné mapy galaxií, přímé vzdálenosti, zvláštní rychlosti, kinematický Sunyaevův–Zeldovičův efekt a další metody mohou ukázat, zda žijeme v neobvykle hlubokém kosmickém údolí, nebo zda část původního signálu vznikla kombinací menších struktur a výběrových efektů. Nejde tedy o „díru, která vyvrací kosmologii“, ale o konkrétní, měřitelnou otázku velikosti a hustoty našeho kosmického okolí.

Rozhodující nakonec bude konzistence. Model lokální podhustoty musí současně vysvětlit rozložení galaxií, zvláštní rychlosti, lokální H0 a další kosmologické observace, aniž by vytvořil nové rozpory. Pokud uspěje jen u jednoho typu dat, bude spíš dílčím efektem než řešením. KBC prázdnota je proto dobrá záhada moderní vědy: není založena na legendě, ale na několika měřitelných veličinách, které zatím nedávají všem týmům stejný obraz.

V různých jazycích a tematických souvislostech se pro téma „KBC prázdnota“ používají také označení Záhady vesmíru, hluboký vesmír, 21. století a Hubble tension. Tato jména propojují vyprávění s místem hluboký vesmír a obdobím 21. století; nejde o další události, ale o názvy už popsaného případu, jevu nebo kulturního motivu.

Pablo Carlos Budassi — CC BY-SA 4.0 · Licence: CC BY-SA 4.0 · zdroj obrázku

Související záhady

Království Kerma: núbijská mocnost, obří stavby deffufa a vztah k egyptským faraonům

Hohokam: pouštní zavlažovací kanály a opuštění velkých sídel v povodí řeky Gila

Úpadek Močiků: obětní rituály, povodně El Niño a proměna severního Peru

Říše Wari: andská silniční síť, plánovaná města a předchůdce incké státní moci