Kosmické struny na dohled?

Kosmické struny jsou hypotetická supertěžká vibrující vlákna kosmických rozměrů. Od roku 1976, kdy je navrhl fyzik Thomas Kibble, se vědci pokoušeli existencí těchto objektů vysvětlit řadu událostí ve vesmíru. Koncem devadesátých let se ovšem ukázalo, že nejdůležitější navržená aplikace nefunguje – kosmické struny nemohou být odpovědné za vznik většiny raných galaxií. Nejspolehlivější důkaz přinesla v roce 2003 sonda WMAP, která podrobně zmapovala reliktní záření. Tatáž sonda také vyjasnila, že kosmické struny nemohou nahradit kosmologickou konstantu v roli skryté energie, odpovědné za zrychlování tempa, jímž se vesmír rozpíná, protože jejich tlak (dělený hustotou energie) je sice záporný, ale třikrát menší než tlak kosmologické konstanty, což se zdá být málo. Kosmické struny tedy vyšly z módy. Od roku 2003 se ale opět začínají vracet do hry. Proč? Je možné, že kosmickou strunu zahlédly v dalekohledu hned dva týmy astronomů.

Co viděl rusko-italský tým

Tým, jehož vedoucím je Michail Sažin a zastupuje ho Giuseppe Longo, ohlásil v roce 2003 zpozorování velmi zvláštního páru galaxií CSL-1A a CSL-1B. Jejich obrazy se téměř dotýkají, jejich středy jsou vzdáleny dvě úhlové vteřiny. Naprostá shoda spekter obou galaxií vede k závěru, že jde o tutéž galaxii, kterou pozorujeme dvakrát v důsledku jevu zvaného gravitační čočka. Toto vysvětlení má ovšem řadu zádrhelů: Pokud by čočka ležela přesně na úsečce spojující náš dalekohled s pozorovanou galaxií, bude se galaxie jevit jako prstenec. Pokud by ale čočka ležela mimo tuto osu, vytvoří čočka několik různě silných a různě rozmazaných obrazů galaxie. Matematici navíc mohou s užitím Morseovy teorie dokázat, že počet obrazů bude vždycky lichý.

Jenže obrazy galaxie CSL-1 jsou dva (sudý počet), jejich intenzity jsou naprosto shodné a obrazy vůbec nejsou rozmazané! Známe pouze dvě možná vysvětlení: buď jde o šerednou shodu náhod a Rusové s Italy spatřili „galaktická jednovaječná dvojčata“, nebo hledíme na jednu galaxii zdvojenou v důsledku gravitační čočky, ovšem tou čočkou musí být kosmická struna. Prostor v okolí kosmické struny je plochý, ale její gravitační pole vytvoří úhlový deficit. Podíl obvodu kružnice obepínající kosmickou strunu ku poloměru této kružnice bude menší než 2π, a to právě o úhlový deficit, jenž se v tomt případě rovná necelé miliontině radiánu. Zakřivený prostor v okolí kosmické struny lze přirovnat ke kuželu, který děti vytvářejí z plochého listu papíru. Kosmická struna v roli gravitační čočky vždycky vytvoří dva identické obrazy, které jsou opticky odděleny o úhel rovný úhlovému deficitu. Hypotézu, že gravitační čočka zdvojující CSL-1 není žádný „kulový“ objekt, navíc podporuje fakt, že Sažin a spol. žádný takový objekt nenašli. V roce 2004 také rusko-italský tým objevil v okolí CSL-1 jedenáct (!) párů objektů, které vypadají jako obrazy vytvořené gravitační čočkou. (To je více, než bychom očekávali od kulové gravitační čočky.) Sažinův tým se snaží udržet souřadnice CSL-1 v tajnosti. Rezervovali si Hubblův teleskop, s nímž chtějí provést podrobnější analýzu okolí CSL-1. Také sonda WMAP má k CSL-1 co říct, ale na výsledky si budeme muset počkat.

A čeho si všiml tým z Harvardovy univerzity

Tým Rudolpha Schilda z Harvardovy univerzity studoval dvojitý kvazar Q0957+561A,B. Ten je nejstarším známým příkladem jevu gravitační čočky, který není způsoben strunou, nýbrž obyčejnou galaxií. Víme, že každá fluktuace intenzity obrazu A se zopakuje o 417 dní později u obrazu B. Zpoždění pramení z odlišné dráhy, kterou musí urazit paprsky světla z obou obrazů. Schildova skupina ovšem pozorovala ještě dodatečné, přibližně čtyřprocentní variace intenzity obou obrazů, mezi nimiž nebylo zpoždění vůbec žádné. Šlo o periodickou fluktuaci intenzity s periodou asi 100 dnů, která se zopakovala přibližně čtyřikrát. Takovou fluktuaci musí způsobovat objekt, který je mnohem blíže sluneční soustavě než kvazar i než čočka právě proto, že mezi fluktuacemi není žádné zpoždění. Schildův tým tvrdí, že takový objekt nemůže být žádný známý typ kosmického tělesa. Kdyby jím byl například pulzar, musel by být nepřijatelně masivní, pokud by jeho vliv na pozorovanou intenzitu měl být čtyřprocentní (což není málo) a pokud by se oscilace měly opakovat každých 100 dnů (což je dost rychle). Přesto skeptici tvrdí, že pulzar ještě nelze úplně vyloučit. Naproti tomu hypotetická oscilující smyčka kosmické struny, která obraz dvojitého kvazaru narušuje, by s jejich pozorováním byla naprosto v souladu.

Superstruny a teorie strun

Obě pozorování (zvláště pozorování galaxie CSL-1) jsou velmi vzrušující, ale pouze čas ukáže, zda jde skutečně o nové revoluční objevy, nebo zda pro zmíněné skutečnosti existuje prozaické vysvětlení. Jestliže se smělá domněnka o kosmických strunách potvrdí, půjde svým způsobem o nejpodivnější objekty, jaké ve vesmíru známe. Jen si představte tenounká vlákna, jejichž kilometr váží přibližně stejně jako Měsíc, která pod ohromným napětím oscilují v naší Galaxii (což by byla pravda, pokud bylo Schildovo vysvětlení správné). Existenci takových kosmických strun předpovídají různé teorie velkého sjednocení. Koneckonců mohou být tyto pozorované kosmické struny nejen nepřímým důkazem teorie velkého sjednocení, ale i teorie superstrun samotné – teorie, která je jediným seriózním kandidátem na „teorii všeho“ v částicové fyzice. Pozorovaná lineární hustota strun totiž ukazuje, že může jít o superstrunu, která se na konci období infl ace napjala do astronomických rozměrů. Zahlédnutí superstruny v dalekohledu je oblí beným scénářem Edwarda Wittena, vůdčí osobnosti teorie strun. Tak si tento muž představuje první experimentální důkaz své oblíbené teorie. Na teorii kosmických strun nyní pracuje několik známých tváří teorie strun, konkrétně Joseph Polchinski, autor učebnice zabývající se teorií strun. Podle jeho odhadu pravděpodobnost, že superstruny můžeme zahlédnout v dalekohledu, je asi deset procent. Není tedy vyloučeno, že první náznaky správnosti teorie strun nepřinesou drahé urychlovače, jako například LHC, který v CERN spustí v roce 2007, ale obyčejné dalekohledy. Určitou dobu však ještě kosmické struny zůstanou spekulativní domněnkou.