Badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Bonn sprawdza, w jakim stopniu aktualne pomiary są zgodne z przewidywaniami standardowego modelu kosmologicznego.
Wyniki ostatnich obserwacji oznaczają nową zagadkę dla astrofizyków: od Wielkiego Wybuchu powstaje mniej galaktyk niż się tego spodziewano. Fizycy z Uniwersytetu w Bonn potwierdzili to zjawisko. Przez następne trzy lata badacze będą analizować swoje dane jeszcze bardziej szczegółowo. Umożliwi im to sprawdzenie, czy teorie uznawane dziś za prawdziwe wymagają zmiany. Badanie jest częścią serii 20 publikacji, które ukazały się w czasopiśmie „Astronomy and Astrophysics”.
Prawie 13,8 miliarda lat temu Wielki Wybuch wyznaczył początek naszego Wszechświata. Stworzył przestrzeń i czas, ale także całą materię, z której składa się Wszechświat. Odtąd przestrzeń kosmiczna rozszerzała się w przerażającym tempie, podobnie jak rozproszona mgła, w której materia była prawie równomiernie rozłożona. Jednak nie do końca: w niektórych miejscach mgła była nieco gęstsza niż w innych. W rezultacie regiony te wywierały nieco silniejsze przyciąganie grawitacyjne i powoli przyciągały materię z otoczenia. Z biegiem czasu materia koncentrowała się coraz bardziej w tych punktach kondensacji. W tym samym czasie przestrzeń stopniowo stawała się pusta. W ciągu ponad 13 miliardów lat stopniowo wytworzyła się gąbczasta struktura: duże „dziury” pozbawione materii, rozdzielone małymi obszarami, w których gromadzą się tysiące galaktyk – gromady galaktyk.
Standardowy model kosmologiczny opisuje tę historię Wszechświata od pierwszych sekund po Wielkim Wybuchu do dzisiaj. Dzięki temu modelowi udaje się wytłumaczyć, mając tylko sześć parametrów, wszystko, co wiemy dzisiaj o narodzinach i ewolucji Wszechświata. Jednak nowe dowody obserwacyjne wskazują na fakt, że materia jest dzisiaj rozłożona w inny sposób, niż przewiduje teoria.
Wszystko zaczęło się od pomiarów satelity Planck, który wystartował po to, aby badać kosmiczne promieniowanie tła. Promieniowanie to jest poświatą Wielkiego Wybuchu. Przekazuje kluczowe informacje na temat rozłożenia materii we wczesnym Wszechświecie, już od momentu ok. 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu.
Zgodnie z pomiarami Plancka, ten początkowy rozkład był taki, że na przestrzeni czasu powinno powstać więcej gromad galaktyk, niż obserwujemy to dzisiaj. Za pomocą satelity rentgenowskiego mierzyliśmy liczbę gromad galaktyk na różnych odległościach od nas – wyjaśnia dr Florian Pacaud z Argelander-Institut für Astronomie Uniwersytetu w Bonn. Idea stojąca za tym jest taka: światło z odległych gromad galaktyk podróżowało przez miliardy lat, zanim dotarło do nas, a więc obserwujemy je dzisiaj takimi, jakie były wtedy, gdy Wszechświat był jeszcze młody. Najbliższe gromady są obserwowane jako te, które pojawiły się stosunkowo niedawno.
Pomiary potwierdzają, że gromady galaktyk powstały zbyt wolno. Astronomowie ocenili, w jakim stopniu wynik ten jest sprzeczny z podstawowymi przewidywaniami modelu standardowego. Chociaż istnieje duża rozbieżność pomiędzy pomiarami i przewidywaniami, statystyczna niepewność w niniejszym badaniu nie jest jeszcze wystarczająco mocna, by naprawdę zakwestionować teorię. Jednak naukowcy spodziewają się uzyskać dokładniejsze wyniki w ciągu najbliższych trzech lat. To ostatecznie wskaże, czy model standardowy wymaga korekty.
Badanie pozwala także lepiej zrozumieć naturę ciemnej energii. Ten tajemniczy składnik Wszechświata działa jak rodzaj międzygwiezdnego proszku do pieczenia, który powoduje przyspieszenie kosmicznej ekspansji. „Ilość” ciemnej energii – stała kosmologiczna – powinna pozostać taka sama od czasu Wielkiego Wybuchu; tak zakłada standardowy model kosmologiczny. Wiele obserwacji wydaje się wskazywać w tym kierunku. Ostatnie pomiary również potwierdzają tę tezę, ale dokładniejsze wyniki zostaną uzyskane w najbliższej przyszłości.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej:
Observations challenge cosmological theories
Źródło: University of Bonn
Na zdjęciu: Gromada galaktyk XLSSC006 widziana na falach rentgenowskich oraz w świetle optycznym i podczerwonym. Źródło: ESA/XMM-Newton (promieniowanie X); CFHT (optyczne); XXL Survey
