Schematyczny widok nowej trójwymiarowej mapy SDSS. Kliknij, aby powiększyć
Astronomowie z UC Berkeley stworzyli najbardziej wszechstronną trójwymiarową mapę wszechświata, jaką kiedykolwiek opublikowano. Zawiera 600 000 galaktyk i rozciąga się w kosmos na 5,6 miliarda lat świetlnych. Ta mapa pozwala astronomom badać dowody na obecność ciemnej energii - tajemniczej siły przyspieszającej ekspansję Wszechświata.
Zespół astronomów pod przewodnictwem Nikhila Padmanabhana i Davida Schlegela opublikował największą trójwymiarową mapę wszechświata, jaką kiedykolwiek zbudowano, klinowy kawałek kosmosu rozciągający się na jedną dziesiątą północnego nieba, obejmujący 600 000 wyjątkowo jasnych czerwonych galaktyk, oraz rozciąga się w kosmos w odległości 5,6 miliarda lat świetlnych, co stanowi 40 procent drogi powrotnej do Wielkiego Wybuchu.
Schlegel jest członkiem dywizji w dziale fizyki Lawrence Berkeley National Laboratory, a Padmanabhan dołączy do oddziału fizyki w laboratorium jako członek Chamberlain i członek Hubble we wrześniu; obecnie jest na Uniwersytecie Princeton. Oni i ich współautorzy są członkami Sloan Digital Sky Survey (SDSS), a wcześniej stworzyli mniejsze trójwymiarowe mapy za pomocą teleskopu SDSS w Nowym Meksyku do skrupulatnego gromadzenia widm poszczególnych galaktyk i obliczania ich odległości poprzez pomiar ich przesunięć ku czerwieni.
„Nowością w tej mapie jest to, że jest ona największa jak dotąd” - mówi Padmanabhan - „i nie zależy od poszczególnych widm”.
Jak mówi Padmanabhan, głównym motywem tworzenia map 3D na dużą skalę jest zrozumienie, w jaki sposób materia jest rozmieszczona we wszechświecie. „Najjaśniejsze galaktyki są jak latarnie morskie - tam, gdzie jest światło, tam jest materia”.
Schlegel mówi, że „ponieważ ta mapa obejmuje znacznie większe odległości niż poprzednie mapy, pozwala nam mierzyć konstrukcje o średnicy miliarda lat świetlnych”.
Wariacje w rozkładzie galaktycznym, które tworzą widoczne struktury na dużą skalę, pochodzą bezpośrednio od zmian temperatury kosmicznego tła mikrofalowego, odzwierciedlając oscylacje w gęstym wczesnym wszechświecie, które zostały zmierzone z wielką dokładnością w eksperymentach na balonie i satelicie WMAP.
Rezultatem jest naturalny „linijka” utworzona przez regularne odmiany (czasem nazywane „oscylacjami barionowymi”, z barionami jako skrótem dla zwykłej materii), które powtarzają się w odstępach około 450 milionów lat świetlnych.
„Niestety jest to linijka o niewygodnej wielkości” - mówi Schlegel. „Musieliśmy pobrać próbkę ogromnej objętości wszechświata, aby dopasować do niego władcę”.
Padmanabhan mówi: „Chociaż wszechświat ma 13,7 miliarda lat, to naprawdę nie jest to dużo czasu, gdy mierzysz linijką oznaczoną tylko co 450 milionów lat świetlnych”.
Rozkład galaktyk ujawnia wiele rzeczy, ale jedną z najważniejszych jest miara tajemniczej ciemnej energii, która stanowi około trzech czwartych gęstości wszechświata. (Ciemna materia stanowi około 20 procent, podczas gdy mniej niż 5 procent to zwykła materia tego rodzaju, która tworzy widoczne galaktyki).
„Ciemna energia to termin, którego używamy do obserwacji, że ekspansja wszechświata przyspiesza”, zauważa Padmanabhan. „Spoglądając na zmiany gęstości w czasie kosmicznego mikrofalowego tła” - zaledwie około 300 000 lat po Wielkim Wybuchu - „i widząc, jak ewoluują w mapę, która obejmuje ostatnie 5,6 miliarda lat, możemy sprawdzić, czy nasze szacunki ciemnej energii są poprawne. ”
Nowa mapa pokazuje, że struktury na dużą skalę są rzeczywiście rozmieszczone w sposób sugerowany przez obecne idee dotyczące przyspieszającej ekspansji wszechświata. Zakładany rozkład ciemnej materii na mapie, który choć niewidoczny jest pod wpływem grawitacji, podobnie jak zwykła materia, jest zgodny z obecnym rozumieniem.
Tym, co umożliwiło powstanie nowej wielkiej mapy 3D, był szeroki teleskop Sloan Digital Sky Survey, który obejmuje pole widzenia o trzech stopniach (księżyc w pełni wynosi około pół stopnia), a także wybór określonego rodzaju galaktyki „Latarnia morska” lub znacznik odległości: świecące czerwone galaktyki.
„Są to martwe, czerwone galaktyki, jedne z najstarszych we wszechświecie - w których wszystkie szybko płonące gwiazdy już dawno spłonęły i pozostały tylko stare czerwone gwiazdy”, mówi Schlegel. „Są to nie tylko najbardziej czerwone galaktyki, ale także najjaśniejsze, widoczne z dużych odległości”.
Astronomowie Sloan Digital Sky Survey współpracowali z kolegami z australijskiego zespołu Two-Degree Field, aby uśrednić kolor i przesunięcie ku czerwieni próbki 10 000 czerwonych galaktyk świetlnych, odnosząc kolor galaktyki do odległości. Następnie zastosowali te pomiary do 600 000 takich galaktyk, aby sporządzić mapę.
Padmanabhan przyznaje, że „istnieje statystyczna niepewność w stosowaniu stosunku jasności do odległości uzyskanego z 10 000 czerwonych galaktyk świetlnych do wszystkich 600 000 bez mierzenia ich indywidualnie. Gramy w tę grę, mamy tak wiele, że średnie nadal dają nam bardzo przydatne informacje na temat ich dystrybucji. I bez konieczności mierzenia ich widm, możemy spojrzeć znacznie głębiej w kosmos. ”
Schlegel zgadza się, że naukowcy są dalecy od osiągnięcia pożądanej precyzji. „Ale pokazaliśmy, że takie pomiary są możliwe i ustaliliśmy punkt wyjścia dla standardowego władcy ewoluującego wszechświata”.
Mówi: „następnym krokiem jest zaprojektowanie precyzyjnego eksperymentu, być może opartego na modyfikacjach teleskopu SDSS. Współpracujemy z inżynierami z Berkeley Lab nad przeprojektowaniem teleskopu w taki sposób, aby robił to, co chcemy. ”
„Gromada czerwonych galaktyk w danych Sloan Digital Sky Survey Imaging Data”, autor: Nikhil Padmanabhan, David J. Schlegel, Uros Seljak, Alexey Makarov, Neta A. Bahcall, Michael R. Blanton, Jonathan Brinkmann, Daniel J. Eisenstein, Douglas P. Finkbeiner, James E. Gunn, David W. Hogg, ?? bf? Eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert H. Lupton, Robert C. Nichol, Donald P. Schneider, Michael A. Strauss, Max Tegmark i Donald G. York pojawią się w miesięcznych zawiadomieniach Royal Astronomical Society i są teraz dostępne online na stronie http://arxiv.org/archive/astro-ph.
SDSS jest zarządzany przez konsorcjum badań astrofizycznych dla uczestniczących instytucji, którymi są Amerykańskie Muzeum Historii Naturalnej, Astrophysical Institute Potsdam, University of Basel, Cambridge University, Case Western Reserve University, University of Chicago, Drexel University, Fermilab, Institute for Advanced Study, Japan Participation Group, Johns Hopkins University, Joint Institute for Nuclear Astrophysics, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Korean Scientist Group, Chinese Academy of Sciences (LAMOST), Los Alamos National Laboratory, Max- Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Max-Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, Ohio State University, University of Pittsburgh, University of Portsmouth, Princeton University, United States Naval Observatory i University z Waszyngtonu.
Finansowanie SDSS zapewnia Fundacja Alfreda P. Sloana, instytucje uczestniczące, National Science Foundation, US Department of Energy, National Aeronautics and Space Administration, Japanese Monbukagakusho, Max Planck Society oraz Higher Education Funding Council for Anglia Odwiedź stronę internetową SDSS pod adresem http://www.sdss.org/.
Berkeley Lab to krajowe laboratorium Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych z siedzibą w Berkeley w Kalifornii. Prowadzi niesklasyfikowane badania naukowe i jest zarządzany przez University of California. Odwiedź naszą stronę internetową http://www.lbl.gov.
Oryginalne źródło: Berkeley Lab
