Niedawne badanie ciemnej energii przy użyciu instrumentu eROSITA sugeruje, że jest ona równomiernie rozproszona w czasie i przestrzeni.
Obserwacje odległych galaktyk prowadzone przez Edwina Hubble'a w latach dwudziestych XX wieku doprowadziły do przełomowego wniosku, że nasz Wszechświat się rozszerza. W 1998 roku naukowcy badający supernowe typu Ia doszli jednak do kolejnego zaskakującego odkrycia. Odkryli, że Wszechświat nie tylko rośnie, ale jego ekspansja przyspiesza.
Aby wyjaśnić to przyspieszenie, potrzebujemy poznać jego przyczynę – mówi Joe Mohr, astrofizyk z Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium (LMU). Nazywamy tę przyczynę „ciemną energią”, która zapewnia rodzaj „antygrawitacji”, aby przyspieszyć kosmiczną ekspansję.
Z naukowego punktu widzenia istnienie ciemnej energii i przyspieszenia kosmicznego jest zaskoczeniem, a to wskazuje, że nasze obecne rozumienie fizyki jest albo niepełne, albo błędne. Znaczenie przyspieszającej ekspansji zostało podkreślone w 2011 roku, kiedy jej odkrywcy otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Prace nad zrozumieniem ciemnej energii trwają, a wyniki pierwszego badania tej tajemniczej siły za pomocą teleskopu rentgenowskiego eROSITA, które koncentruje się na gromadach galaktyk, zostały niedawno opublikowane przez zespół, w skład którego wchodzą I-Non Chiu z National Cheng Kung University na Tajwanie i astrofizycy z LMU.
Antygrawitacja prawdopodobnie spowodowana ciemną energią odpycha obiekty od siebie i hamuje tworzenie się dużych obiektów kosmicznych, które w innym przypadku powstałyby z powodu przyciągającej siły grawitacji. Jako taka, ciemna energia wpływa na to, gdzie i jak tworzą się największe obiekty we wszechświecie – a mianowicie gromady galaktyk o całkowitej masie w zakresie od 1013 do 1015 mas Słońca.
Jednak gromady galaktyk są niezwykle rzadkie i trudne do znalezienia, co wymaga przeglądu dużej części nieba przy użyciu najbardziej czułych teleskopów na świecie. W tym celu w 2019 r. wystrzelono kosmiczny teleskop rentgenowski eROSITA – projekt prowadzony przez Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) w Monachium – w celu przeprowadzenia przeglądu całego nieba w poszukiwaniu gromad galaktyk.
Na zdjęciu: Teleskop eROSITA składający się z siedmiu identycznych modułów lustrzanych, pokazanych tutaj od przodu. Źródło: Wikipedia
W eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), mini-przeglądzie przeznaczonym do weryfikacji wydajności późniejszego przeglądu całego nieba, znaleziono około 500 gromad galaktyk. Jest to jedna z największych jak dotąd próbek gromad galaktyk o małej masie i obejmuje ostatnie 10 miliardów lat kosmicznej ewolucji.
Naukowcy wykorzystali dane eFEDS oraz obserwacje optyczne z programu Hyper Suprime-Cam Subaru do scharakteryzowania gromad galaktyk w eFEDS i zmierzenia ich mas za pomocą procesu słabego soczewkowania grawitacyjnego. Połączenie tych dwóch zestawów danych umożliwiło pierwsze badanie kosmologiczne z wykorzystaniem gromad galaktyk wykrytych przez eROSITA.
Porównanie uzyskanych wyników z przewidywaniami teoretycznymi pokazuje, że ciemna energia stanowi około 76% całkowitej gęstości energii we Wszechświecie. Ponadto obliczenia wykazały, że gęstość energii ciemnej energii wydaje się być jednolita w przestrzeni i stała w czasie.
Nasze wyniki dobrze zgadzają się również z innymi niezależnymi podejściami, takimi jak wcześniejsze badania gromad galaktyk, jak również wykorzystujące słabe soczewkowanie grawitacyjne i kosmiczne mikrofalowe tło – mówi Bocquet.
Jak dotąd wszystkie dowody obserwacyjne, w tym najnowsze wyniki eFEDS, sugerują, że ciemną energię można opisać prostą stałą, zwykle nazywaną „stałą kosmologiczną”.
Chociaż obecne błędy dotyczące ograniczeń związanych z ciemną energią są nadal większe, niż byśmy tego chcieli, w badaniach wykorzystano próbkę z eFEDS, która mimo wszystko zajmuje obszar mniejszy niż 1% pełnego nieba – mówi Mohr. Ta pierwsza analiza położyła zatem solidne podstawy dla przyszłych badań próbki eROSITA pełnego nieba, jak również innych próbek gromad.
Więcej informacji:
- Publikacja „Cosmological constraints from galaxy clusters and groups in the eROSITA final equatorial deep Survey” autorstwa I-Non Chiu i in. (2023), Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, DOI: 10.1093/mnras/stad957
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a pokazujące gromadę galaktyk MACS J0717.5+3745. Źródło: Wikimedia Commons
