W styczniu bieżącego roku zakończono fazę obserwacyjną jednego z największych przeglądów kosmologicznych nieba - WiggleZ. Po czterech latach obserwacji przy użyciu Angielsko-Australijskiego Teleskopu astronomowie opracowali katalog zawierający pozycje oraz przesunięcia ku czerwieni 240 000 galaktyk. Przegląd pokrywa niespełna 2.4 procent całkowitej powierzchni nieba (około 1000 stopni kwadratowych) i sięga do rekordowego w klasie zmasowanych obserwacji nieba przesunięcia ku czerwieni z=1. Głęboki zasięg przeglądu jest jego podstawowym atutem z punktu widzenia zastosowania w badaniu wielu zagadnień kosmologicznych. Graniczna wartość przesunięcia ku czerwieni odpowiada momentowi, w którym Wszechświat miał 5.9 miliarda lat, a więc odbierane w chwili obecnej światło galaktyk zostało wyemitowane 7.7 miliarda lat temu.
Zasięg przesunięcia ku czerwieni razem z pokryciem nieba przeglądu przekłada się także na fizyczne rozmiary obserwowanej części Wszechświata. W tym sensie WiggleZ stanowi trójwymiarową mapę rozkładu galaktyk w imponującej objętości 1 Gpc3. Dla porównania warto wspomnieć, ze jest to objętość największej komputerowej symulacji powstawania struktur we Wszechświecie - Millenium Simulation.
Dane przeglądu są w chwili obecnej analizowane pod kątem teoretycznym. W oparciu o własności obserwowanego rozkładu galaktyk kosmologowie mierzą podstawowe parametry modelu kosmologicznego opisującego powstawanie i ewolucję struktur we Wszechświecie. Jednym z najbardziej tajemniczych składników tego modelu jest tzw. ciemna energia - egzotyczna forma energii, pojawiająca się najczęściej w postulowanej przez Einsteina postaci stałej kosmologicznej, odpowiedzialna za obserwowalną fazę przyśpieszenia ekspansji Wszechświata. Pytanie o naturę ciemnej energii pozostaje wciąż otwarte. Rola przeglądu WiggleZ będzie polegała przede wszystkim na doprecyzowaniu modelu ciemnej energii, co potencjalnie może przybliżyć nas do rozwiązania zagadki pochodzenia tej formy energii. Warto wspomnieć w tym miejscu, ze jednym z alternatywnych
wyjaśnień ciemnej energii jest teoria oparta na modyfikacji ogólnej teorii względności (tzw. teoria f(R)), która przewiduje fazę przyśpieszenia ekspansji Wszechświata bez odwoływania się do egzotycznych form energii. Pytanie, czy grawitacja Einsteina powinna być zastąpiona na skalach kosmologicznych przez jej modyfikację, będzie kolejnym problemem, na który analiza danych przeglądu WiggleZ może rzucić odrobinę światła.
Podstawowa metoda testowania modelu kosmologicznego przy użyciu danych przeglądu WiggleZ opiera się na wyznaczeniu skali tzw. piku oscylacji akustycznych będących pozostałością po okresie oddzielenia się promieniowania od materii we wczesnym Wszechświecie (około 400 000 lat po Wielkim Wybuch). Pik manifestuje się wzrostem tendencji grupowania się galaktyk na określonej skali kątowej na niebie. Mierząc tak określoną skalę kątową oraz znając fizyczne rozmiary piku (wynoszące w dzisiejszym Wszechświecie około 150 Mpc), metoda to pozwala wyznaczyć odległość do galaktyk o danym przesunięciu ku czerwieni (odległość ta jest odwrotnie proporcjonalna do skali kątowej). Ostatecznym krokiem jest znalezienie odpowiedniego modelu kosmologicznego lub takiego zestawu parametrów kosmologicznych, który odtwarza obserwowaną zależność między odległością a przesunięciem ku czerwieni. Pierwsze pomiary pozycji piku akustycznego z przeglądu WiggleZ zgadzają się w pełni z przewidywaniami tzw. standardowego modelu kosmologicznego, w którym ciemna energia występuje w postaci stałej kosmologicznej.
Przegląd WiggleZ pozwoli także na wyznaczenie ewolucji tzw. czynnika wzrostu struktur kosmicznych. Teoretyczna wartość tego parametru i jej zależność od czasu kosmicznego są czułe na model grawitacji. Oznacza to, że z pomiaru czynnika wzrostu, poprzez porównanie z teoretycznymi przewidywaniami, można potencjalnie wyciągnąć wnioski a naturze grawitacji na skalach kosmologicznych. Pomimo że analiza danych WiggleZ jest na dość wczesnym etapie, wstępne pomiary czynnika wzrostu nie wskazują na jakiekolwiek wyraźne odstępstwa grawitacji od ogólnej teorii względności.
Źródło: Radek Wojtak
Na ilustracji: Zdjęcie Anglo_Australian Telescope w Nowej Południowej Walii w czasie obserwacji w ramach projektu WiggleZ. Źródło: NASA/JPL-Caltech, Barnaby Norris, Emily Wisnioski, Sarah Brough, Michael Drinkwater, David Woods
(Tekst ukazał się pierwotnie w serwisie Orion, którego zasoby zostały włączone do portalu Urania)
