W 1929 roku Edwin Hubble na zawsze zmienił nasze rozumienie kosmosu, pokazując, że Wszechświat jest w stanie ekspansji. W latach 90. astronomowie stwierdzili, że tempo, w jakim się rozwija, faktycznie przyspiesza, co z kolei doprowadziło do teorii „ciemnej energii”. Od tego czasu astronomowie i fizycy starali się ustalić istnienie tej siły, mierząc jej wpływ na kosmos.
Najnowsze wysiłki pochodzą z Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), w którym międzynarodowy zespół naukowców ogłosił, że zakończył tworzenie najbardziej precyzyjnych pomiarów wszechświata do tej pory. Ich pomiary, znane jako Badanie Oscylacyjne Baryona (BOSS), nałożyły nowe ograniczenia na właściwości Ciemnej Energii.
Nowe pomiary zostały zaprezentowane przez astronoma z Uniwersytetu Harvarda, Daniela Eisensteina, na ostatnim spotkaniu American Astronomical Society. Jako dyrektor Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), on i jego zespół spędzili ostatnie dziesięć lat na pomiarze kosmosu i okresowych fluktuacji gęstości normalnej materii, aby zobaczyć, jak galaktyki są rozmieszczone w całym Wszechświecie.
Po dziesięciu latach badań zespół BOSS był w stanie stworzyć trójwymiarową mapę kosmosu, która obejmuje ponad sześć miliardów lat świetlnych. I podczas gdy inne niedawne badania dotyczyły dalej - w odległościach od 9 do 13 miliardów lat świetlnych - mapa BOSS jest wyjątkowa, ponieważ oferuje najwyższą dokładność spośród wszystkich map kosmologicznych.
W rzeczywistości zespół BOSS był w stanie zmierzyć rozkład galaktyk w kosmosie, w odległości 6 miliardów lat świetlnych, z niespotykanym marginesem błędu 1%. Określenie natury obiektów kosmicznych na duże odległości nie jest łatwą sprawą, ze względu na efekty względności. Jak dr Eisenstein powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Odległości to od dawna wyzwanie w astronomii. Podczas gdy ludzie często potrafią oceniać odległość z powodu naszego widzenia obuocznego, galaktyki poza Drogą Mleczną są o wiele za daleko, aby z nich korzystać. A ponieważ galaktyki mają szeroki zakres rozmiarów wewnętrznych, trudno jest ocenić ich odległość. To tak, jakby patrzeć na daleką górę; ocena odległości jest związana z oceną jej wysokości ”.
W przeszłości astronomowie dokonywali dokładnych pomiarów obiektów we wszechświecie lokalnym (tj. Planet, sąsiednich gwiazd, gromad gwiazd), polegając na wszystkim, od radaru po przesunięcie ku czerwieni - stopień, w jakim długość fali światła jest przesunięta w kierunku czerwonego końca widmo. Jednak im większa odległość obiektu, tym większy stopień niepewności.
I do tej pory tylko obiekty znajdujące się kilka tysięcy lat świetlnych od Ziemi - tj. W galaktyce Drogi Mlecznej - miały zmierzone odległości z dokładnością do jednego procenta błędu. Jako największy z czterech projektów, które składają się na Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), BOSS wyróżnia się przede wszystkim faktem, że polega on przede wszystkim na pomiarze tak zwanych „oscylacji akustycznych barionów” (BAO).
Są to zasadniczo subtelne okresowe zmarszczki w rozkładzie widocznej materii barionowej (tj. Normalnej) w kosmosie. Daniel Eisenstein wyjaśnił:
„BOSS mierzy ekspansję Wszechświata na dwa podstawowe sposoby. Pierwszy polega na zastosowaniu oscylacji akustycznych barionu (stąd nazwa badania). Fale dźwiękowe podróżujące w ciągu pierwszych 400 000 lat po Wielkim Wybuchu tworzą preferowaną skalę do rozdzielania par galaktyk. Mierząc ten preferowany rozdział w próbce wielu galaktyk, możemy wywnioskować odległość do próbki.
„Drugą metodą jest zmierzenie, w jaki sposób gromady galaktyk różnią się pomiędzy parami zorientowanymi wzdłuż linii wzroku w porównaniu z poprzeczną do linii wzroku. Ekspansja Wszechświata może spowodować, że to skupienie będzie asymetryczne, jeśli ktoś użyje niewłaściwej historii ekspansji podczas przekształcania przesunięcia ku czerwieni na odległość.
Dzięki tym nowym, bardzo dokładnym pomiarom odległości astronomowie BOSS będą mogli badać wpływ Ciemnej Materii ze znacznie większą precyzją. „Różne modele ciemnej energii różnią się sposobem, w jaki przebiega przyspieszenie ekspansji Wszechświata w czasie”, powiedział Eisenstein. „BOSS mierzy historię ekspansji, co pozwala nam wnioskować o szybkości przyspieszenia. Znajdujemy wyniki, które są wysoce zgodne z przewidywaniami kosmologicznego modelu stałego, to znaczy modelu, w którym ciemna energia ma stałą gęstość w czasie. ”
Oprócz pomiaru rozkładu normalnej materii w celu określenia wpływu Ciemnej Energii, współpraca SDSS-III pracuje nad mapowaniem Drogi Mlecznej i poszukiwaniem planet pozasłonecznych. Pomiary BOSS są wyszczególnione w serii artykułów, które zostały przesłane do czasopism w ramach współpracy BOSS w zeszłym miesiącu, z których wszystkie są teraz dostępne online.
A BOSS nie jest jedynym wysiłkiem, aby zrozumieć wielkoskalową strukturę naszego Wszechświata i to, jak ukształtowały go wszystkie jego tajemnicze siły. W zeszłym miesiącu profesor Stephen Hawking ogłosił, że centrum superkomputerów COSMOS na uniwersytecie w Cambridge stworzy najbardziej szczegółową mapę wszechświata do tej pory.
Opierając się na danych uzyskanych z danych CMB uzyskanych przez satelitę Planck ESA oraz informacji z badania Dark Energy Survey, mają również nadzieję zmierzyć wpływ, jaki ciemna energia miała na rozkład materii w naszym Wszechświecie. Kto wie? Za kilka lat możemy bardzo dobrze zrozumieć, jak działają wszystkie podstawowe siły rządzące Wszechświatem.
