Badania prowadzone w ramach projektu Dark Energy Survey (DES) potwierdziły obecność super-pustki, niezwykle dużego regionu o gęstości materii niższej niż średnia, w gwiazdozbiorze Erydanu. Jej badanie może dostarczyć nowych wskazówek do zrozumienia natury ciemnej energii. Wyniki opublikowano 17 grudnia 2021 roku w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Możliwość odwzorowania największych struktur we Wszechświecie zawsze była aspiracją astrofizyków. Po drobiazgowym sporządzeniu map naszego kosmicznego podwórka, ostatnie odkrycia umieściły naszą Galaktykę w supergromadzie Laniakea, jako część kosmicznej sieci galaktyk. Mniej jednak wiadomo o naszym kosmicznym sąsiedztwie.
Nowe badania przeprowadzone przez grupę badawczą Dark Energy Survey (DES) potwierdziły, że w pobliżu gwiazdozbioru Erydanu czai się duże zagęszczenie materii, super-pustka.
Region ten jest również miejscem występowania tzw. Zimnego Punktu, który jest jedną z wielkoskalowych anomalii mikrofalowego promieniowania tła (CMB), rodzaju promieniowania kopalnego z początków Wszechświata. Anomalia ta odpowiada strukturze znalezionej nad południową półkulą ekliptyczną o temperaturze niższej niż przeciętna.
Jednak zimny obszar tak duży, jak zimny punkt wydaje się bardzo mało prawdopodobny według standardowego modelu kosmologicznego. Zespół DES kierował się hipotezą, że super-pustka może, przynajmniej częściowo wyjaśnić, dlaczego ten punkt jest znacznie większy i zimniejszy niż oczekiwano. W szczególności, kosmolodzy mogą wykorzystać to olbrzymie wycięcie jako unikalne laboratorium do poznania nieuchwytnej ciemnej energii.
Pod względem energetycznym, super-pustkę najlepiej wyobrazić sobie jako wzgórze, na które fotony CMB muszą się wspiąć w swojej podróży w kierunku naszych teleskopów. Wchodząc na nie, muszą one zainwestować energię, aby przemierzyć mniejszą gęstość. Jednak podczas swojej wędrówki fotony te podlegają działaniu ciemnej energii, która jest odpowiedzialna za kosmiczną ekspansję. Ciemna energia działa jak siła odpychająca, przeciwieństwo grawitacji, przez co spowalnia tempo formowania się największych struktur kosmicznych i wygładza je.
Dlatego u wyjścia z super-pustki fotony CMB, zamiast odzyskiwać tę energię zainwestowaną we wspinanie się na wzgórze, tracą jej część, ponieważ ciemna energia zmniejsza opadanie. Ta wypadkowa strata energii jest równoważona niewielkiemu ochłodzeniu temperatury fotonów CMB przemierzających super-pustkę. Badając szczegółowo ten efekt, kosmolodzy mogą wnioskować o właściwościach ciemnej energii.
W przypadku tego zimnego punktu, hipoteza ta ma już poparcie w badaniach galaktyk, ale dane DES dostarczają nowych kluczowych danych obserwacyjnych. Zrekonstruowana mapa rozkładu ciemnej energii dostarcza statystycznie solidnych dowodów na brak materii o średnicy około 1,8 mld lat świetlnych w gwiazdozbiorze Erydanu, co odpowiada dominującej strukturze w naszym kosmicznym sąsiedztwie.
Jednak obserwowane wymiary super-pustki w Erydanie nie mogą w pełni wyjaśnić głębokiego obniżenia temperatury zimnego punktu, jeżeli w obliczeniach przyjmiemy standardowy model ciemnej energii – wyjaśnia András Kovács z Astrofísica de Canarias (IAC). Według astrofizyka, pełne wyjaśnienie wymagałoby jeszcze silniejszego składnika ciemnej energii, który powodowałby szybszą ekspansję i mniej zbity Wszechświat w późniejszych czasach.
Możliwym pozytywem jest to, że setki innych super-pustek, wykrytych w bardziej odległym Wszechświecie, również wykazały umiarkowane dowody na silniejsze niż oczekiwano zimne plamy, ale rozwiązanie tej długotrwałej debaty w kosmologii najprawdopodobniej nadejdzie z następnej generacji badań kosmologicznych, które zmapują jeszcze większe objętości – podsumowuje badacz.
Więcej informacji:
- Astronomers confirm the existence of a cosmic supervoid that challenges our understanding of dark energy
- The DES view of the Eridanus supervoid and the CMB cold spot
Źródło: IAC
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Kopuła teleskopu Blanco w Międzyamerykańskim Obserwatorium Cerro Tololo, gdzie zamontowana jest kamera DES do badania ciemnej energii. Źródło: Reidar Hahn / Fermilab
