Źródło obrazu: SDSS
Od czasu odkrycia kilka lat temu tajemniczej siły zwanej ciemną energią, która wydaje się przyspieszać Wszechświat, astronomowie poszukiwali dodatkowych dowodów na poparcie lub odrzucenie tej teorii. Astronomowie z Sloan Digital Sky Survey odkryli wahania w promieniowaniu tła kosmicznego, które pasują do odpychającego wpływu ciemnej energii.
Naukowcy z Sloan Digital Sky Survey ogłosili odkrycie niezależnych fizycznych dowodów na istnienie ciemnej energii.
Naukowcy odkryli ślad ciemnej energii, korelując miliony galaktyk w Sloan Digital Sky Survey (SDSS) i kosmicznych mapach mikrofalowych temperatur tła z NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Naukowcy odkryli „cień” ciemnej energii w starożytnym promieniowaniu kosmicznym, relikwie schłodzonego promieniowania z Wielkiego Wybuchu.
Dzięki połączeniu wyników dwóch dużych badań nieba, odkrycie to dostarcza fizycznych dowodów na istnienie ciemnej energii; wynik, który uzupełnia wcześniejsze prace nad przyspieszeniem wszechświata, mierzone na podstawie odległych supernowych. Obserwacje z balonowych obserwacji milimetrycznego promieniowania pozagalaktycznego i geofizyki (BOOMERANG) kosmicznego tła mikrofalowego (CMB) również były częścią wcześniejszych odkryć.
Ciemna energia, główny składnik wszechświata i jedna z największych zagadek w nauce, jest raczej odpychająca grawitacyjnie niż atrakcyjna. Powoduje to, że ekspansja wszechświata przyspiesza, w przeciwieństwie do przyciągania zwykłej (i ciemnej) materii, co spowodowałoby jej spowolnienie.
„W płaskim wszechświecie efekt, który obserwujemy, występuje tylko wtedy, gdy masz wszechświat o ciemnej energii” - wyjaśnił główny badacz dr Ryan Scranton z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Pittsburghu. „Gdyby wszechświat po prostu składał się z materii i wciąż był płaski, ten efekt nie istniałby”.
„Gdy fotony z kosmicznego tła mikrofalowego (CMB) docierają do nas od 380 000 lat po Wielkim Wybuchu, mogą doświadczyć szeregu procesów fizycznych, w tym zintegrowanego efektu Sachsa-Wolfe'a. Ten efekt to odcisk lub cień ciemnej energii na mikrofalach. Efekt mierzy także zmiany temperatury kosmicznego tła mikrofalowego z powodu wpływu grawitacji na energię fotonów ”, dodał Scranton.
Odkrycie to „fizyczna detekcja ciemnej energii i wysoce komplementarna do innych detekcji ciemnej energii” dodał dr Bob Nichol, współpracownik SDSS i profesor fizyki na Carnegie Mellon University w Pittsburghu. Nichol porównał efekt Integrated Sachs-Wolfe do patrzenia na osobę stojącą przed słonecznym oknem: „Po prostu widzisz ich zarys i rozpoznajesz go na podstawie tych informacji. Podobnie sygnał, który widzimy, ma odpowiedni zarys (lub cień), którego moglibyśmy oczekiwać w przypadku ciemnej energii ”- powiedział Nichol.
„W szczególności kolor sygnału jest taki sam, jak kolor kosmicznego tła mikrofalowego, co dowodzi, że jest on pochodzenia kosmologicznego, a nie jakiegoś denerwującego zanieczyszczenia”, dodał Nichol.
„Ta praca stanowi fizyczne potwierdzenie, że potrzebna jest ciemna energia do jednoczesnego wyjaśnienia zarówno danych CMB, jak i SDSS, niezależnie od pracy nad supernowymi. Takie kontrole krzyżowe są niezbędne w nauce ”- dodał Jim Gunn, Project Scientist z SDSS i profesor astronomii na Princeton University.
Dr Andrew Connolly z University of Pittsburgh wyjaśnił, że fotony płynące z kosmicznego mikrofalowego tła przechodzą przez wiele koncentracji galaktyk i ciemnej materii. Gdy wpadają do studni grawitacyjnej, zyskują energię (podobnie jak piłka tocząca się ze wzgórza). Wychodząc tracą energię (znowu jak piłka tocząca się pod górę). Fotografie fotograficzne mikrofal stają się bardziej niebieskie (tj. Bardziej energetyczne), gdy opadają w kierunku tych stężeń supergromady, a następnie stają się bardziej czerwone (tj. Mniej energetyczne), kiedy się od nich oddalają.
„We wszechświecie składającym się głównie z normalnej materii można oczekiwać, że efekt netto przesunięć czerwonych i niebieskich zniknie. Jednak w ostatnich latach odkrywamy, że większość rzeczy w naszym wszechświecie jest nienormalna, ponieważ działa grawitacyjnie odpychająco, a nie grawitacyjnie ”- wyjaśnił Albert Stebbins, naukowiec z NASA / Fermilab Astrophysics Center Fermi National Accelerator Laboratory, współpracujący z SDSS instytucja. „Te nienormalne rzeczy nazywamy ciemną energią”.
Connolly, współpracownik SDSS, powiedział, że jeśli głębokość studni grawitacyjnej zmniejszy się podczas przemieszczania się przez nią fotonu, wówczas foton wyjdzie z nieco większą energią. „Gdyby to była prawda, spodziewalibyśmy się, że temperatura kosmicznego mikrofalowego tła jest nieco wyższa w regionach o większej liczbie galaktyk. Właśnie to znaleźliśmy. ”
Stebbins dodał, że oczekiwana zmiana energii netto przy pojedynczym stężeniu masy jest mniejsza niż jedna część na milion, a badacze musieli przyjrzeć się dużej liczbie galaktyk, zanim mogli spodziewać się efektu. Powiedział, że wyniki potwierdzają, że ciemna energia istnieje we względnie małych stężeniach masy: tylko 100 milionów lat świetlnych w poprzek, gdzie wcześniej zaobserwowane skutki ciemnej energii były w skali 10 miliardów lat świetlnych. Unikalnym aspektem danych SDSS jest ich zdolność do dokładnego pomiaru odległości do wszystkich galaktyk na podstawie analizy fotograficznej ich fotometrycznych przesunięć ku czerwieni. „Dlatego możemy obserwować, jak ten wpływ na CMB rośnie w zależności od wieku wszechświata”, powiedział Connolly. „W końcu możemy być w stanie określić naturę ciemnej energii na podstawie takich pomiarów, chociaż jest to trochę w przyszłości.”
„Aby dojść do wniosku, że istnieje ciemna energia, musimy jedynie założyć, że wszechświat nie jest zakrzywiony. Po pojawieniu się wyników sondy anizotropii mikrofalowej Wilkinsona (w lutym 2003 r.) Jest to dobrze przyjęte założenie ”- wyjaśnił Scranton. „To bardzo ekscytujące. Nie wiedzieliśmy, czy możemy uzyskać sygnał, dlatego spędziliśmy dużo czasu na testowaniu danych pod kątem zanieczyszczenia z naszej galaktyki lub innych źródeł. Rezultaty były tak silne, jak one, co było niezwykle satysfakcjonujące. ”
Odkrycia dokonano na 3400 stopniach kwadratowych nieba badanego przez SDSS.
„Ta kombinacja kosmicznych mikrofal i naziemnych danych optycznych dała nam nowe okno na właściwości ciemnej energii”, powiedział David Spergel, kosmolog z Princeton University i członek zespołu naukowego WMAP. „Łącząc dane WMAP i SDSS, Scranton i jego współpracownicy wykazali, że ciemna energia, czymkolwiek ona jest, nie jest przyciągana przez grawitację nawet w dużych skalach zbadanych przez Sloan Digital Sky Survey.
„To ważna wskazówka dla fizyków próbujących zrozumieć tajemniczą ciemną energię” - dodał Spergel.
Oprócz głównych badaczy Scranton, Connolly, Nichola i Stebbinsa, Istavan Szapudi z University of Hawaii włączył się w badania. Inni zaangażowani w analizę to Niayesh Afshordi z Princeton University, Max Tegmark z University of Pennsylvania i Daniel Eisenstein z University of Arizona.
O SLOAN CYFROWYM BADANIU NIEBO (SDSS)
Sloan Digital Sky Survey (sdss.org) szczegółowo odwzoruje jedną czwartą całego nieba, określając pozycje i absolutną jasność 100 milionów ciał niebieskich. Zmierzy także odległości do ponad miliona galaktyk i kwazarów. Astrophysical Research Consortium (ARC) działa w Obserwatorium Apache Point, miejscu teleskopów SDSS.
SDSS jest wspólnym projektem The University of Chicago, Fermilab, Institute for Advanced Study, Japan Participation Group, Johns Hopkins University, Los Alamos National Laboratory, Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Max- Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, University of Pittsburgh, Princeton University, United States Naval Observatory i University of Washington.
Finansowanie projektu zapewniła Fundacja Alfreda P. Sloana, instytucje uczestniczące, National Aeronautics and Space Administration, National Science Foundation, Departament Energii USA, japońskie Monbukagakusho i Max Planck Society.
Sonda WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY (WMAP) to misja NASA zbudowana we współpracy z Uniwersytetem Princeton i Goddard Space Flight Center w celu pomiaru temperatury kosmicznego promieniowania tła, pozostałego ciepła z Wielkiego Wybuchu. Misja WMAP ujawnia warunki, jakie istniały we wczesnym wszechświecie, poprzez pomiar właściwości kosmicznego promieniowania mikrofalowego tła na pełnym niebie. (http://map.gsfc.nasa.gov)
Oryginalne źródło: SDSS News Release
