Jeśli chodzi o dokładność, wszyscy dążą do stu procent, ale pomiar kosmicznych odległości pozostawia nieco więcej szansy. Zaledwie kilka dni temu badacze z Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) ogłosili światu, że byli w stanie zmierzyć odległość do galaktyk oddalonych o ponad sześć miliardów lat świetlnych od poziomu ufności wynoszącego zaledwie jeden procent. Jeśli to ogłoszenie nie wydaje się ekscytujące, zastanów się, co to znaczy dla innych badań. Te nowe pomiary nadają parametr właściwościom wszechobecnej „ciemnej energii” - źródła powszechnej ekspansji.
„W naszym codziennym życiu niewiele rzeczy wiemy z jednoprocentową dokładnością” - powiedział David Schlegel, fizyk z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) i główny badacz BOSS. „Teraz znam rozmiar wszechświata lepiej niż rozmiar mojego domu”.
Ustalenia zespołu badawczego zostały przedstawione na spotkaniu American Astronomical Society przez astronoma z Uniwersytetu Harvarda, Daniela Eisensteina, dyrektora Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), światowej organizacji zrzeszającej BOSS. Są one wyszczególnione w serii artykułów przesłanych do czasopism w ramach współpracy BOSS w zeszłym miesiącu, z których wszystkie są teraz dostępne w formie wstępnych wydruków online.
„Określanie odległości jest podstawowym wyzwaniem astronomii”, powiedział Eisenstein. „Widzisz coś na niebie - jak daleko jest? Gdy dowiesz się, jak daleko jest, poznanie wszystkiego na ten temat jest nagle znacznie łatwiejsze. ”
Jeśli chodzi o pomiar odległości w kosmosie, astronomowie zastosowali wiele metod. Pomiar odległości do planet został osiągnięty za pomocą radaru, ale ma on swoje ograniczenia, a przejście w przestrzeń kosmiczną oznacza mniej bezpośrednią metodę. Mimo że okazały się one niezwykle dokładne, nadal występuje w nich czynnik niepewności - wyrażony w procentach. Na przykład, jeśli mierzysz odległość od obiektu oddalonego o 200 mil z dokładnością do 2 mil, oznacza to, że dokonałeś pomiaru z dokładnością 1%. Kosmicznie rzecz biorąc, zaledwie kilkaset gwiazd i garść gromad gwiazd są tak blisko, że ich odległości są tak dokładnie przewidziane. Mieszkają w Drodze Mlecznej i są zaledwie kilka tysięcy lat świetlnych stąd. BOSS przenosi go do skrajności… jego pomiary wykraczają daleko poza nasze granice galaktyczne, ponad milion razy dalej, i odwzorowuje Wszechświat z niezrównaną dokładnością.
Dzięki tym nowym, bardzo dokładnym pomiarom odległości astronomowie BOSS robią postępy w dziedzinie ciemnej energii. „Nie rozumiemy jeszcze, czym jest ciemna energia”, wyjaśnił Eisenstein, „ale możemy zmierzyć jej właściwości. Następnie porównujemy te wartości z oczekiwaniami, biorąc pod uwagę nasze obecne rozumienie wszechświata. Im lepsze nasze pomiary, tym więcej możemy się nauczyć. ”
Jak to się robi? Osiągnięcie jednoprocentowego pomiaru przy sześciu miliardach lat świetlnych nie jest tak łatwe, jak zmierzenie obiektu Układu Słonecznego, a nawet jednego w naszej galaktyce. Właśnie tutaj wchodzi BOSS. Jest to największy z czterech projektów, które składają się na Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), i został zbudowany w celu wykorzystania tej techniki: pomiaru tak zwanych „oscylacji akustycznych barionów” (BAO), subtelne okresowe tętnienia w rozkład galaktyk w kosmosie. Fale te są charakterystyczną cechą fal ciśnienia, które kiedyś przemierzały wczesny Wszechświat w czasie, gdy rzeczy były tak gorące i gęste, że fotony maszerowały wraz z barionami - materiałem tworzącym jądra atomów. Ponieważ rozmiar fali jest znany, rozmiar ten można teraz zmierzyć poprzez mapowanie galaktyk.
„Dzięki tym pomiarom galaktyki natura dała nam pięknego władcę”, powiedziała Ashley Ross, astronom z University of Portsmouth. „Władca ma pół miliarda lat świetlnych, więc możemy go używać do precyzyjnego pomiaru odległości, nawet z bardzo dużej odległości.
Korzystając ze specjalistycznego oprzyrządowania, które może wykonywać szczegółowe pomiary tysiąca galaktyk naraz, BOSS podjęło ogromne wyzwanie - odwzorowanie lokalizacji ponad miliona galaktyk. „W pogodny wieczór, gdy wszystko idzie idealnie, możemy dodać do mapy ponad 8000 galaktyk i kwazarów”, powiedział Kaike Pan, który prowadzi zespół obserwatorów w 2,5-metrowym teleskopie Sloan Foundation SDSS-III w Obserwatorium Apache w Nowy Meksyk.
Chociaż zespół badawczy BOSS przedstawił swoje wczesne mapy galaktyk i rozpoczynające pomiary BAO rok temu, te nowe dane obejmują dwa razy więcej terytorium i dają jeszcze dokładniejszy pomiar - w tym dla pobliskich galaktyk. „Wykonanie tych pomiarów w dwóch różnych odległościach pozwala nam zobaczyć, jak ekspansja wszechświata zmieniła się w czasie, co pomoże nam zrozumieć, dlaczego przyspiesza”, wyjaśniła astronoma z University of Portsmouth Rita Tojeiro, która współprzewodniczy gromadzie galaktyk BOSS grupa robocza wraz z Jeremy Tinker z New York University.
Podobne badanie przeprowadziła także Mariana Vargas-Magana, doktorantka na Uniwersytecie Carnegie Mellon. Aby umożliwić jeszcze większą dokładność, analizuje wszelkie subtelne efekty, które mogłyby wpłynąć na pomiary BOSS. „Kiedy próbujesz osiągnąć jeden procent, musisz być paranoikiem na wszystko, co może pójść nawet nieco źle”, powiedział Vargas-Magana - na przykład niewielkie różnice w identyfikacji galaktyk mogły zrzucić cały pomiar ich galaktyk rozmieszczenie, więc różne części nieba musiały być dokładnie sprawdzone. „Na szczęście - powiedział Vargas-Magana - w naszym zespole jest wielu ostrożnych ludzi, którzy sprawdzą nasze założenia. Kiedy wszyscy są zadowoleni, jesteśmy pewni, że niczego nam nie umknęło ”.
Na dzień dzisiejszy te nowe odkrycia BOSS wydają się być spójne z czymś, co uważamy za formę ciemnej energii - stałą występującą w całej historii Wszechświata. Według komunikatu prasowego ta „stała kosmologiczna” jest jedną z zaledwie sześciu liczb wymaganych do stworzenia modelu, który pokrywa się ze skalą i strukturą Wszechświata. Schlegel porównuje ten sześciocyfrowy numer do tafli szkła, która jest przymocowana śrubami reprezentującymi różne pomiary historii Wszechświata. „BOSS ma teraz jedną z najściślejszych śrub, a my daliśmy mu kolejny pół obrotu” - powiedział Schlegel. „Za każdym razem, gdy zwiększasz napięcie, a szkło nie pęka, jest to sukces modelu”.
Oryginalna historia Źródło: Sloan Digital Sky Survey III News Release. Do dalszego czytania: Max Planck Institute News Release.
