3.2 Nadbytečné kosmické radiové pozadí: zvýšení základní hladiny bez neviditelných bodových zdrojů

Domů ／ Kapitola 3: Makroskopický vesmír

Terminologie
V této části znamená „nadbytečné difuzní radiové pozadí“ energii, která se do prostředí vpravuje při rozpadu nebo anihilaci zobecněných nestabilních částic (GUP) a která se statisticky sčítá do tenzorového šumu pozadí (TBN). Jeho prostorový vzor je slabě kovariantní s reliéfem statistické tenzorové gravitace (STG). Dále v textu používáme výhradně české plné názvy: zobecněné nestabilní částice, tenzorový šum pozadí a statistická tenzorová gravitace.

I. Jev a problém

1. „Přídavná podkladová vrstva“
   Po odečtení všech rozlišitelných radiových zdrojů—galaxií, kvasarů, jetů a zbytků supernov—zůstává difuzní radiová jasnost na celé obloze systematicky vyšší, jako by mapa nebe ležela na dalším stupni.
2. Hladké i širokopásmové
   Tato vrstva je úhlově velmi hladká a téměř bez jemnozrnné struktury. Spektrum je širokopásmové a bez úzkých čar; nepůsobí jako sbor řízený jediným společným mechanismem.
3. Cesta „přidejme více slabých zdrojů“ nefunguje
   • Připsání jevu četným nerozlišeným bodovým zdrojům by vyžadovalo rozdělení počet–jasnost, které by vytvořilo silnější maloměřítkové fluktuace, než se pozorují.
   • Potřebný celkový počet zdrojů a jejich evoluce jsou v rozporu s počty z extrémně hlubokých přehlídek.
4. Další pozorovací znaky
   • Vysoká izotropie (výrazněji stoupá jen v mimořádně aktivních prostředích).
   • Nízká čistá polarizace (bez společné „emisní pozice“, fáze se navzájem ruší).
   • Časová stabilita (dlouhodobě průměrovaná difuzní hladina šumu).

Shrnutě: signál se chová jako skutečné difuzní pozadí, nikoli jako „součet mnoha neviditelných žároviček“.

II. Fyzikální výklad

1. Základní obraz: příchod a odchod zobecněných nestabilních částic
   V „moři energie“ se zobecněné nestabilní částice občas vynoří, krátce existují a poté se rozpadají nebo anihilují. Každá událost vrací do prostředí slabý, širokopásmový a málo koherentní vlnový paket. Jednotlivé pakety jsou drobné, ale je jich nespočet.
2. Tenzorový šum pozadí: skládání malých paketů do základní hladiny
   Prostorově-časové sčítání mnoha nezávislých paketů přirozeně vytváří difuzní, širokopásmovou a málo koherentní základnu—tenzorový šum pozadí. Ten reprodukuje klíčové rysy „přebytku“:
   • Jasnější, ale neoslňující: skládání zvedá základní hladinu bez hustých shluků jasných bodů.
   • Hladké spektrum: pochází z nepravidelných paketů, nikoli z pevné přechodové čáry či společného taktu.
   • Silná izotropie: zrod i zánik nastávají téměř všude a vyhlazují se na kosmických škálách.
   • Slabá kovariance se strukturou: nejde o směrované záření jedné třídy zdrojů; je jen slabě svázáno s reliéfem statistické tenzorové gravitace.
3. Proč je radiové pásmo nejcitlivější
   Radiové okno zvýhodňuje skládání širokopásmových, málo koherentních signálů: teleskopy sčítají množství slabých vzdálených paketů, což se přímo projeví jako zdvih šumové podlahy. Dále, na vyšších frekvencích skládání existuje také, nicméně pohlcování a rozptyl na prachu a v prostředí ho snáze zakrývají; radiové pásmo je „čistší“.
4. Slabá kovariance se statistickou tenzorovou gravitací
   Celková aktivita zobecněných nestabilních částic závisí na prostředí (slučování soustav, rázové fronty, silné jety, výrazný smyk). Proto střední amplituda tenzorového šumu pozadí mírně kolísá s reliéfem statistické tenzorové gravitace: v aktivnějších zónách je o něco vyšší, ale po prostorovém zprůměrování zůstává pozadí hladké.
5. Srovnání energetické bilance s obrazem
   • Energetická stránka: přebytečná jasnost plyne z trvalé injekce energie při rozpadu či anihilaci zobecněných nestabilních částic.
   • Obrazová stránka: navenek se jev projevuje jako tenzorový šum pozadí, který zvedá difuzní pozadí a má hladké spektrum i vysokou izotropii.
     Proto: dvě strany téže mince—zdroj rozpočtu versus pozorovaný vzhled.
6. Očekávání pro spektrum, polarizaci a proměnnost
   • Spektrum: přibližně hladký mocninný zákon či mírná křivost bez úzkých čar; rozdíly mezi oblastmi nebe jsou malé a mění se pomalu.
   • Polarizace: nízká čistá polarizace v důsledku skládání mnoha zdrojů; mírně roste v okrajových pásech se silným smykem a lépe srovnanými magnetickými poli.
   • Proměnnost: stabilní po léta; po velkých sloučeních nebo epizodách jetů se může objevit slabé opožděné zvýšení (nejprve šum, poté pozvolná gravitační odezva).

III. Testovatelné předpovědi a křížové kontroly (napojené na pozorování)

• P1 | Kritérium úhlového výkonového spektra
  Předpověď: výkon na malých úhlech je výrazně nižší než u modelů „nerozlišených bodových zdrojů“; na velkých úhlech je sklon hladký a mělký.
  Test: porovnat úhlová výkonová spektra hlubokých polí s extrapolacemi pro bodové zdroje; plošší maloměřítkové spektrum podporuje tenzorový šum pozadí.
• P2 | Kritérium spektrální hladkosti
  Předpověď: celonebeské průměrné spektrum postrádá úzké čáry a má mírnou křivost; spektrální indexy se mezi oblastmi liší jen málo.
  Test: společné vícefrekvenční fitování, které potvrdí „hladké—pomalu proměnné“ chování místo sumy mnoha úzkých mechanismů.
• P3 | Kritérium slabé kovariance (s reliéfem statistické tenzorové gravitace)
  Předpověď: difuzní základ slabě kladně koreluje s mapami gravitační čočky φ/κ a s kosmickým smykem.
  Test: křížové korelace s těmito mapami; malé kladné koeficienty, silnější v aktivních prostředích, odpovídají očekávání.
• P4 | Pořadí událostí: nejprve šum, poté gravitace
  Předpověď: podél os slučování, na čelech rázů a poblíž silných jetů se nejprve mírně zvedne difuzní základ (tenzorový šum pozadí) a následně se plynule prohloubí statistická tenzorová gravitace.
  Test: vícero epoch monitoringu pro srovnání difuzních radiových změn s dynamickými a čočkovými indikátory včetně časových zpoždění.
• P5 | Nízká čistá polarizace
  Předpověď: čistá polarizace v celé obloze zůstává nízká; roste jen nepatrně v geometricky zesílených pásech.
  Test: širokoplošné polarizační mapy by měly ukázat trojici „nízko—stabilně—o něco výše na okrajích“.

IV. Srovnání s tradičními vysvětleními

• Ne „skrývá se více malých světélek“
  Kdyby dominovaly nerozlišené bodové zdroje, obloha by byla zrnětější, než ukazují pozorování; počty zdrojů ani jejich evoluce tak velkou populaci nepodporují.
• Ani jeden „sjednocený motor“
  Jednoduché mechanismy často zanechávají spektrální čáry nebo polarizační otisky. Naproti tomu širokopásmovost bez čar a nízká čistá polarizace lépe odpovídají obrazu „milionů nepravidelných paketů, které se sčítají“.
• Jeden koherentní obraz pro mnoho rysů
  Stejná fyzikální dráha souvisle vysvětluje nárůst jasnosti, hladké spektrum, vysokou izotropii, slabou zrnitost i slabou kovarianci. Přístup opřený o prostředí a statistiku je úspornější a soudržnější než záplatování jednotlivých anomálií.

V. Modelování a přizpůsobení (praktický návod)

1. Postup:
   • Čištění popředí: jednotně ošetřit galaktický synchrotron, free–free emisi, prach a ionosférické efekty.
   • Dvousložková prostorová šablona: „izotropní základ + šablona slabě kovariantní s reliéfem statistické tenzorové gravitace“.
   • Spektrální omezení: upřednostnit hladký mocninný zákon nebo mírnou křivost; nedovolit dominanci úzkopásmových složek.
   • Kontrola malých měřítek: použít úhlové výkonové spektrum k potlačení „zrnitosti typu bodových zdrojů“ a k omezení „ocasu“ nerozlišených zdrojů.
   • Křížová validace: společné mapování a časování s φ/κ mapami čočky, kosmickým smykem a vzorky slučování pro ověření difuzního zesílení.
2. Rychlé pozorovací opory:
   • Je maloměřítkové úhlové spektrum plošší než extrapolace pro bodové zdroje?
   • Jsou vícepásmová spektra hladká a pomalu proměnná?
   • Je křížová korelace slabě kladná a silnější v aktivních prostředích?
   • Zůstává čistá polarizace nízká a roste jen mírně na okrajích?

VI. Blízká analogie

„Vzdálený šum městské dopravy“
Neslyšíte jeden motor, ale nízkofrekvenční hukot nesčetných vozidel v dálce. Ten zvedá šumovou podlahu, neobtěžuje a zůstává stabilní. Difuzní radiový „přebytek“ se chová podobně jako tato vrstva šumu.

VII. Závěry

• Fyzikální atribuce: přebytek v kosmickém radiovém pozadí nejspíše pochází z tenzorového šumu pozadí—difuzního základu, který zvedá dlouhodobé statistické sčítání nesčetných slabých, širokopásmových paketů uvolněných při rozpadu či anihilaci zobecněných nestabilních částic.
• Prostorový vztah: signál je slabě kovariantní s reliéfem statistické tenzorové gravitace: v aktivních zónách o něco vyšší, avšak celkově hladký po celé obloze.
• Přeformulování otázky: z „kolik neviditelných bodových zdrojů ještě chybí?“ na „jaký difuzní základ prostředí přirozeně buduje při nepřetržitém zrodu a zániku?“.
• Sjednocující výklad: to uzavírá smyčku s oddílem 3.1 (rotační křivky) a oddíly 2.1–2.5: fáze existence zobecněných nestabilních částic zvyšuje „hladinu moře“—statistickou tenzorovou gravitaci; rozpadová fáze rozsévá šum—tenzorový šum pozadí. Společný původ, slabá kovariance a možnost empirického testování jako jednotné vysvětlení.