Η σκοτεινή ενέργεια που φωτίζεται από τον μεγαλύτερο γαλαξιακό χάρτη δέκα χρόνια στη δημιουργία
Το 1929, ο Έντουιν Χαμπλ άλλαξε για πάντα την κατανόησή μας για τον Κόσμο δείχνοντας ότι το Σύμπαν βρίσκεται σε κατάσταση διαστολής. Μέχρι τη δεκαετία του 1990, οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι ο ρυθμός με τον οποίο επεκτείνεται στην πραγματικότητα επιταχύνεται, κάτι που με τη σειρά του οδήγησε στη θεωρία του « Σκοτεινή Ενέργεια '. Από εκείνη την εποχή, οι αστρονόμοι και οι φυσικοί προσπάθησαν να προσδιορίσουν την ύπαρξη αυτής της δύναμης μετρώντας την επιρροή που ασκεί στο σύμπαν.
Το τελευταίο σε αυτές τις προσπάθειες προέρχεται από το Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), όπου μια διεθνής ομάδα ερευνητών ανακοίνωσε ότι ολοκλήρωσε τη δημιουργία των πιο ακριβών μετρήσεων του Σύμπαντος μέχρι σήμερα. Γνωστό ως το Φασματοσκοπική Έρευνα Ταλάντωσης Βαρυονίου (BOSS), οι μετρήσεις τους έχουν θέσει νέους περιορισμούς στις ιδιότητες της Σκοτεινής Ενέργειας.
Οι νέες μετρήσεις παρουσιάστηκαν από τον αστρονόμο Daniel Eisenstein του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ σε πρόσφατη συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας. Ως διευθυντής του Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), αυτός και η ομάδα του έχουν περάσει τα τελευταία δέκα χρόνια μετρώντας τον κόσμο και τις περιοδικές διακυμάνσεις στην πυκνότητα της κανονικής ύλης για να δουν πώς κατανέμονται οι γαλαξίες σε όλο το Σύμπαν.
Μια απεικόνιση των ακουστικών ταλαντώσεων του βαρυονίου, οι οποίες είναι αποτυπωμένες στο πρώιμο σύμπαν και μπορούν ακόμα να φανούν σήμερα σε έρευνες γαλαξιών όπως το BOSS. Συντελεστές: Chris Blake και Sam Moorfield
Και μετά από μια δεκαετία έρευνας, η ομάδα BOSS κατάφερε να δημιουργήσει έναν τρισδιάστατο χάρτη του σύμπαντος που καλύπτει περισσότερα από έξι δισεκατομμύρια έτη φωτός. Και ενώ άλλες πρόσφατες έρευνες έχουν κοιτάξει πιο μακριά – μέχρι αποστάσεις 9 και 13 δις έτη φωτός – ο χάρτης BOSS είναι μοναδικός στο ότι διαθέτει την υψηλότερη ακρίβεια από κάθε άλλο κοσμολογικό χάρτη.
Στην πραγματικότητα, η ομάδα BOSS μπόρεσε να μετρήσει την κατανομή των γαλαξιών στον κόσμο, και σε απόσταση 6 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, σε ένα άνευ προηγουμένου περιθώριο σφάλματος 1%. Ο προσδιορισμός της φύσης των κοσμικών αντικειμένων σε μεγάλες αποστάσεις δεν είναι εύκολη υπόθεση, λόγω των επιπτώσεων της σχετικότητας. Όπως είπε ο Δρ. Eisenstein στο Universe Today μέσω email:
«Οι αποστάσεις είναι μια μακροχρόνια πρόκληση στην αστρονομία. Ενώ οι άνθρωποι συχνά μπορούν να κρίνουν την απόσταση λόγω της διόφθαλμης όρασής μας, οι γαλαξίες πέρα από τον Γαλαξία μας είναι πολύ μακριά για να το χρησιμοποιήσουν. Και επειδή οι γαλαξίες έρχονται σε ένα ευρύ φάσμα εγγενών μεγεθών, είναι δύσκολο να κρίνουμε την απόστασή τους. Είναι σαν να κοιτάς ένα μακρινό βουνό. η κρίση κάποιου για την απόστασή του συνδέεται με την κρίση του για το ύψος του».
Στο παρελθόν, οι αστρονόμοι έκαναν ακριβείς μετρήσεις αντικειμένων μέσα στο τοπικό σύμπαν (π.χ. πλανήτες, γειτονικά αστέρια, αστρικά σμήνη) βασιζόμενοι σε τα πάντα, από το ραντάρ έως την ερυθρή μετατόπιση - τον βαθμό στον οποίο το μήκος κύματος του φωτός μετατοπίζεται προς το κόκκινο άκρο του φάσμα. Ωστόσο, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση ενός αντικειμένου, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός αβεβαιότητας.
Η ιδέα ενός καλλιτέχνη για την τελευταία, εξαιρετικά ακριβή μέτρηση του Σύμπαντος από το BOSS. Credit: Zosia Rostomian/Lawrence Berkeley National Laboratory
Και μέχρι τώρα, μόνο τα αντικείμενα που απέχουν μερικές χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη – δηλαδή εντός του γαλαξία του Γαλαξία – είχαν μετρηθεί οι αποστάσεις τους με περιθώριο σφάλματος 1 τοις εκατό. Ως το μεγαλύτερο από τα τέσσερα έργα που συνθέτουν το Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), αυτό που ξεχωρίζει το BOSS είναι το γεγονός ότι βασίζεται κυρίως στη μέτρηση αυτών που ονομάζονται «βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις» (BAOs).
Αυτοί είναι ουσιαστικά λεπτοί περιοδικοί κυματισμοί στην κατανομή της ορατής βαρυονικής (δηλαδή της κανονικής) ύλης στον κόσμο. Όπως εξήγησε ο Δρ Daniel Eisenstein:
«Το BOSS μετρά τη διαστολή του Σύμπαντος με δύο βασικούς τρόπους. Το πρώτο είναι χρησιμοποιώντας τις ακουστικές ταλαντώσεις του βαρυονίου (εξ ου και το όνομα της έρευνας). Τα ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν τα πρώτα 400.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη δημιουργούν μια προτιμώμενη κλίμακα για διαχωρισμούς ζευγών γαλαξιών. Μετρώντας αυτόν τον προτιμώμενο διαχωρισμό σε ένα δείγμα πολλών γαλαξιών, μπορούμε να συμπεράνουμε την απόσταση από το δείγμα.
«Η δεύτερη μέθοδος είναι η μέτρηση του τρόπου με τον οποίο διαφέρει η συστάδα γαλαξιών μεταξύ των ζευγών που προσανατολίζονται κατά μήκος της οπτικής γραμμής σε σύγκριση με την εγκάρσια στη γραμμή όρασης. Η διαστολή του Σύμπαντος μπορεί να κάνει αυτή τη συστάδα να είναι ασύμμετρη εάν κάποιος χρησιμοποιήσει το λάθος ιστορικό διαστολής όταν μετατρέπει τις μετατοπίσεις στο κόκκινο σε απόσταση».
Με αυτές τις νέες, εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις απόστασης, οι αστρονόμοι του BOSS θα μπορούν να μελετήσουν την επίδραση της Σκοτεινής Ύλης με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια. «Τα διαφορετικά μοντέλα σκοτεινής ενέργειας ποικίλλουν ως προς τον τρόπο με τον οποίο προχωρά η επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος με την πάροδο του χρόνου», είπε ο Αϊζενστάιν. «Το BOSS μετρά το ιστορικό επέκτασης, το οποίο μας επιτρέπει να συμπεράνουμε τον ρυθμό επιτάχυνσης. Βρίσκουμε αποτελέσματα που είναι πολύ συνεπή με τις προβλέψεις του μοντέλου της κοσμολογικής σταθεράς, δηλαδή του μοντέλου στο οποίο η σκοτεινή ενέργεια έχει σταθερή πυκνότητα με την πάροδο του χρόνου».
Η διάκριση της δομής μεγάλης κλίμακας του σύμπαντος και του ρόλου που διαδραματίζει η Σκοτεινή Ενέργεια, είναι το κλειδί για να ξεκλειδωθούν τα μυστήρια του. Πίστωση: NAOJ/CFHT/ SDSS
Εκτός από τη μέτρηση της κατανομής της κανονικής ύλης για τον προσδιορισμό της επιρροής της Σκοτεινής Ενέργειας, η Συνεργασία SDSS-III εργάζεται για τη χαρτογράφηση του Γαλαξία και την αναζήτηση εξωηλιακών πλανητών. Οι μετρήσεις BOSS περιγράφονται λεπτομερώς σε μια σειρά άρθρων που υποβλήθηκαν σε περιοδικά από τη συνεργασία BOSS τον περασμένο μήνα, τα οποία είναι όλα τώρα διαθέσιμο στο διαδίκτυο .
Και το BOSS δεν είναι η μόνη προσπάθεια για να κατανοήσουμε τη μεγάλης κλίμακας δομή του Σύμπαντος μας και πώς το έχουν διαμορφώσει όλες οι μυστηριώδεις δυνάμεις του. Μόλις τον περασμένο μήνα, Ο καθηγητής Στίβεν Χόκινγκ ανακοίνωσε ότι η ΣΥΜΠΑΝ κέντρο υπερυπολογιστών στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ θα δημιουργούσε τον πιο λεπτομερή τρισδιάστατο χάρτη του Σύμπαντος μέχρι σήμερα.
Βασιζόμενοι σε δεδομένα που λαμβάνονται από τα δεδομένα CMB που λαμβάνονται από την ESA Δορυφόρος Planck και πληροφορίες από το Έρευνα Σκοτεινής Ενέργειας , ελπίζουν επίσης να μετρήσουν την επιρροή που είχε η Σκοτεινή Ενέργεια στην κατανομή της ύλης στο Σύμπαν μας. Ποιός ξέρει? Σε λίγα χρόνια, μπορεί κάλλιστα να καταλάβουμε πώς συνεργάζονται όλες οι θεμελιώδεις δυνάμεις που διέπουν το Σύμπαν.
Περαιτέρω ανάγνωση: SDSIII