Zespół brytyjskich i australijskich astronomów ogłosił dzisiaj, że znalazł brakujące ogniwo, które bezpośrednio łączy nowoczesne galaktyki, takie jak nasza Droga Mleczna, z Wielkim Wybuchem, który stworzył nasz Wszechświat 14 tysięcy milionów lat temu. Odkrycia są wynikiem 10-letniego wysiłku mapowania rozmieszczenia w przestrzeni 220 000 galaktyk przez 2dFGRS (2-stopniowe badanie Galaxy Redshift Survey), konsorcjum astronomów, z wykorzystaniem 3,8-metrowego teleskopu anglo-australijskiego (AAT) . To brakujące ogniwo ujawniono w ankiecie jako istnienie subtelnych cech w rozkładzie galaktyki. Analiza tych cech pozwoliła również zespołowi zważyć wszechświat z niespotykaną dokładnością.
2dFGRS dokładnie zmierzył rozkład galaktyk, zwany wielkoskalową strukturą Wszechświata. Wzorce te mają wielkość od 100 milionów do 1 miliarda lat świetlnych. Właściwości struktury na dużą skalę są ustalane przez procesy fizyczne, które działały, gdy wszechświat był naprawdę bardzo młody.
Dr Shaun Cole z University of Durham, który kierował badaniami, wyjaśnia: „W momencie narodzin wszechświat zawierał niewielkie nieregularności, które prawdopodobnie wynikały z procesów„ kwantowych ”lub subatomowych. Nieregularności te były odtąd wzmacniane przez grawitację i ostatecznie doprowadziły do powstania galaktyk, które widzimy dzisiaj.
Teoretycy w latach 60. sugerowali, że pierwotne ziarna galaktyk należy postrzegać jako zmarszczki w promieniowaniu kosmicznego mikrofalowego tła (CMB) emitowanym w cieple pozostałym po Wielkim Wybuchu, gdy Wszechświat miał zaledwie 350 000 lat. Fale zostały następnie zaobserwowane w 1992 r. Przez satelitę COBE NASA, ale do tej pory nie udało się wykazać żadnego silnego połączenia z tworzeniem się galaktyk. 2dFGRS odkrył, że wzór widoczny w tych falach rozprzestrzenił się we współczesnym Wszechświecie i można go dziś wykryć w galaktykach.
Wzory w CMB zawierają wyraźne plamy o szerokości około jednego stopnia, wytwarzane przez fale dźwiękowe rozchodzące się w niewyobrażalnie gorącej plazmie Wielkiego Wybuchu. Te cechy są znane jako „szczyty akustyczne” lub „ruchy barionowe”. Teoretycy spekulowali, że fale dźwiękowe mogły również pozostawić ślad w dominującym elemencie wszechświata - egzotycznej „ciemnej materii”, która sama napędza powstawanie galaktyk. Fizycy i astronomowie rozpoczęli próbę zidentyfikowania tego odcisku na mapach naszego własnego galaktycznego sąsiedztwa.
Po latach żmudnych prac polegających na pomiarze galaktyk w Teleskopie Anglo-Australijskim i modelowaniu ich właściwości za pomocą wyrafinowanych technik matematycznych i obliczeniowych zespół 2dFGRS zidentyfikował odcisk fal dźwiękowych w Wielkim Wybuchu. Wydaje się, że jest to delikatna cecha w „spektrum mocy”, statystyce wykorzystywanej przez astronomów do kwantyfikacji wzorów widocznych na mapach rozkładu galaktyki. Te cechy są zgodne z tymi widocznymi na tle mikrofalowym - co oznacza, że rozumiemy historię życia gazu, z którego powstały Galaktyki.
Funkcje barionowe zawierają informacje o zawartości wszechświata, w szczególności o ilości zwykłej materii (znanej jako baryony), rodzaju rzeczy, które skondensowały się w gwiazdy i planety, z których sami jesteśmy stworzeni.
Profesor Carlos Frenk, dyrektor Instytutu Kosmologii Obliczeniowej Uniwersytetu w Durham powiedział: „Te cechy barionowe są genetycznym odciskiem palca naszego wszechświata. Ustanawiają bezpośredni związek ewolucyjny z Wielkim Wybuchem. Znalezienie ich jest kamieniem milowym w naszym zrozumieniu, jak powstał kosmos. ”
Profesor John Peacock z Edinburgh University, brytyjski lider zespołu 2dFGRS, powiedział: „Nie sądzę, by ktokolwiek spodziewał się, że proste teorie kosmologiczne będą działać tak dobrze. Mamy szczęście, że jesteśmy w pobliżu, aby zobaczyć ten obraz wszechświata. ”
2dFGRS wykazało, że bariony są małym składnikiem naszego wszechświata, stanowiącym zaledwie 18% całkowitej masy, a pozostałe 82% pojawia się jako ciemna materia. Po raz pierwszy zespół 2dFGRS przełamał 10-procentową barierę dokładności w pomiarze całkowitej masy Wszechświata.
Jakby ten obraz nie był dość dziwny, 2dFGRS pokazał również, że cała masa we wszechświecie (zarówno świetlna, jak i ciemna) jest ważona w stosunku 4: 1 przez jeszcze bardziej egzotyczny składnik zwany „energią próżni” lub „ciemną energią”. Ma to właściwości antygrawitacyjne, powodując przyspieszenie ekspansji wszechświata. Wniosek ten wynika z połączenia wyników 2dFGRS z danymi na temat mikrofalowego promieniowania tła, które pozostało z czasów, gdy powstały cechy barionowe. Pochodzenie i tożsamość ciemnej energii pozostaje jedną z najgłębszych tajemnic współczesnej nauki.
Nasza wiedza na temat tła mikrofalowego znacznie się poprawiła w 2003 r. Dzięki danym z satelity WMAP NASA. Zespół WMAP połączył swoje informacje z wcześniejszą analizą części 2dFGRS, aby stwierdzić, że rzeczywiście żyjemy w wszechświecie zdominowanym przez ciemną energię. Magazyn „Science” nazwał to „przełomem roku” w 2003 roku. Teraz odkrycie kosmicznego brakującego ogniwa przez zespół 2dFGRS, prawie dokładnie rok później, stanowi zwieńczenie osiągnięć dekady żmudnej pracy.
Co ciekawe, wskazówki na temat tożsamości ciemnej energii można znaleźć, odkrywając cechy barionowe w rozwijającym się rozkładzie galaktyk w połowie drogi między obecnym a Wielkim Wybuchem. W tym celu astronomowie z Wielkiej Brytanii i ich współpracownicy na całym świecie planują badania dużych galaktyk bardzo odległych galaktyk.
Niezależne potwierdzenie obecności cech barionowych w strukturze na dużą skalę pochodzi z amerykańskiego badania Sloan Digital Sky Survey. Używają uzupełniającej się metody, która nie obejmuje widma mocy, i badają rzadki podzbiór galaktyk w większej objętości niż 2dFGRS. Niemniej wnioski są spójne, co jest bardzo satysfakcjonujące.
Profesor Michael Strauss z Princeton University, rzecznik ds. Współpracy SDSS powiedział: „To cudowna nauka. Obie grupy niezależnie teraz widziały bezpośrednie dowody wzrostu struktury przez niestabilność grawitacyjną na podstawie początkowych wahań obserwowanych w kosmicznym tle mikrofalowym ”.
Oryginalne źródło: PPARC News Release
