Największa mapa (Wszech)świata

W ramach przeglądu nieba Sloan Digital Sky Survey (SDSS) zidentyfikowano i zbadano ponad 147 tysięcy kwazarów. Dzięki nim powstała pierwsza w swoim rodzaju, trójwymiarowa mapa bardzo wczesnego Wszechświata. Jest to na dziś dzień największa (obejmująca największy zakres współrzędnych przestrzennych) mapa stworzona przez człowieka!
 

Kwazary to ekstremalnie jasne i zarazem bardzo odległe obiekty. Tworzą je dyski materii otaczające tak zwane supermasywne czarne dziury, które zazwyczaj zamieszkują centra dużych galaktyk. Materia w takim dysku, stopniowo przyśpieszania i kierowana pod horyzont zdarzeń czarnej dziury, rozgrzewa się na skutek tarcia i emituje silne promieniowanie. Dzięki temu widzimy kwazary jako niezwykle energetyczne obiekty.
 
Obserwacje kwazarów na potrzeby utworzenia wielkiej mapy Kosmosu wykonano podczas trwającego dwa lata programu o nazwie eBOSS - Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey. Wykorzystuje się w nim 2,5 metrowy teleskop optyczny zainstalowany w Obserwatorium Apache Point; ten sam, za pomocą którego “budowano” katalog optyczny SDSS. Projekt eBOSS ma na celu przede wszystkim dokładne zbadanie historii rozszerzania się Wszechświata. Zbadane w jego ramach kwazary świeciły najsilniej w okresie, gdy liczył on sobie od 3 do 7 miliardów lat.
 
Badanie tego konkretnego okresu w dziejach młodego Wszechświata są ważne, bowiem w tym właśnie czasie tempo ekspansji Kosmosu najbardziej się zmieniło. A konkretniej - zaczęło przyspieszać, podczas gdy wcześniej stopniowo spadało. Miało to miejsce, gdy Wszechświat liczył sobie około 7,8 miliarda lat, czyli jakieś 6 miliardów lat temu. Przyśpieszenie jego rozszerzania się obserwujemy do dziś dzień - im bardziej odległy jest dany obiekt, tym szybciej zdaje się od nas uciekać (oddalać). Ma to najprawdopodobniej związek z tajemniczą, wypełniającą cały Kosmos ciemną energią. Dokładne charakterystyki składu i budowy Wszechświata w momencie przejścia z fazy zwalniania do przyspieszenia ekspansji być może powiedzą nam o niej nieco więcej, a przynajmniej nałożą pewne ograniczenia na jej fizyczne parametry.
 
eBOSS stara się lepiej zrozumieć naturę ciemnej energii poprzez badanie tak zwanych barionowych oscylacji akustycznych, w skrócie BAOs. Oscylacje te mogą stanowić ślad po falach dźwiękowych, które musiały przemieszczać się przez bardzo wczesny Wszechświat i następnie zostały w nim jak gdyby zamrożone na skutek zmiany panujących warunków związanych z ekspansją. Od tego momentu ich widoczna sygnatura zaczyna być silnie rozciągnięta przez rozszerzanie się Kosmosu. Jednak astronomowie wiedzą też, jak BAOs mogły wyglądać w okresie, gdy zostały wmrożone w materię. Dzięki temu oscylacje akustyczne są dla kosmologów rodzajem standardowej linijki do mierzenia kosmicznych odległości.
 
Rozmiar tych oscylacji odpowiada przy tym najbardziej prawdopodobnym odległościom pomiędzy dawnymi galaktykami - w tym między odległymi kwazarami w ich centrach. Naukowcy podejrzewają, że obecny rozkład kwazarów jest dosyć wiernym odbiciem zamrożonych w miejscu oscylacji BAOs, więc im lepiej znamy rozkład tych kwazarów, tym lepiej możemy zbadać zmianę tempa ekspansji Wszechświata w czasie. Pomiary te są dodatkowo niezależne od innych metod mierzenia tempa ekspansji, takich jak obserwacje supernowych czy soczewkowanie grawitacyjne dla kwazarów.
 
Nowa mapa młodego Wszechświata jest w zgodności ze standardową wiedzą kosmologiczną, czyli kluczowymi teoriami, jakie astronomowie i fizycy rozwijają od przeszło dwudziestu lat. Otrzymane wyniki zgadzają się między innymi z przewidywaniami Einsteina i jego Ogólną Teorią Względności oraz z istnieniem ciemnej materii i ciemnej energii.
 
Projekt eBOSS już teraz przynosi ciekawe rezultaty i będzie kontynuowany do roku 2020. Wtedy mają zastąpić go jeszcze bardziej precyzyjne przeglądy nieba, dzięki którym dokładność największej mapy w dziejach nauki dramatycznie wzrośnie. Czy pomoże to naukowcom w pełniejszym zrozumieniu burzliwej przeszłości wszechświata?
 
Czytaj więcej:

 
Zdjęcie: tak według astrofizyków może wyglądać kwazar, obiekt złożony z gorącego dysku materii, okrążającego masywną czarną dziurę w centrum odległej galaktyki.
Źródło: ESO/M. Kornmesser