Μια σχηματική προβολή του νέου τρισδιάστατου χάρτη SDSS. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Οι αστρονόμοι από το UC Berkeley δημιούργησαν τον πιο ολοκληρωμένο τρισδιάστατο χάρτη του Σύμπαντος που δημοσιεύθηκε ποτέ. Περιέχει 600.000 γαλαξίες και επεκτείνει 5,6 δισεκατομμύρια έτη φωτός στο διάστημα. Αυτός ο χάρτης επιτρέπει στους αστρονόμους να μελετήσουν στοιχεία για τη σκοτεινή ενέργεια - τη μυστηριώδη δύναμη που επιταχύνει την επέκταση του Σύμπαντος.
Μια ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον Nikhil Padmanabhan και τον David Schlegel δημοσίευσε τον μεγαλύτερο τρισδιάστατο χάρτη του σύμπαντος που κατασκευάστηκε ποτέ, μια φέτα σε σχήμα σφήνας του κόσμου που εκτείνεται το δέκατο του βόρειου ουρανού, περιλαμβάνει 600.000 μοναδικά φωτεινούς κόκκινους γαλαξίες και επεκτείνει 5,6 δισεκατομμύρια έτη φωτός βαθιά στο διάστημα, που αντιστοιχεί στο 40 τοις εκατό του δρόμου πίσω στο Big Bang.
Ο Schlegel είναι Διευθύνων Σύμβουλος στο Τμήμα Φυσικής του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley και ο Padmanabhan θα ενταχθεί στο Τμήμα Φυσικής του Εργαστηρίου ως συνεργάτης Chamberlain και Hubble Fellow τον Σεπτέμβριο. επί του παρόντος είναι στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. Αυτοί και οι συν-συγγραφείς τους είναι μέλη του Sloan Digital Sky Survey (SDSS) και στο παρελθόν παρήγαγαν μικρότερους τρισδιάστατους χάρτες χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο SDSS στο Νέο Μεξικό για να συλλέξουν επίπονα τα φάσματα μεμονωμένων γαλαξιών και να υπολογίσουν τις αποστάσεις τους μετρώντας τις κοκκινίλες τους.
«Αυτό που είναι νέο σε αυτόν τον χάρτη είναι ότι είναι ο μεγαλύτερος ποτέ», λέει ο Padmanabhan, «και δεν εξαρτάται από μεμονωμένα φάσματα».
Το κύριο κίνητρο για τη δημιουργία τρισδιάστατων χαρτών μεγάλης κλίμακας είναι να κατανοήσουμε πώς κατανέμεται η ύλη στο σύμπαν, λέει ο Padmanabhan. «Οι πιο φωτεινοί γαλαξίες είναι σαν φάροι - όπου είναι το φως, είναι εκεί που είναι η ύλη.»
Ο Schlegel λέει ότι «επειδή αυτός ο χάρτης καλύπτει πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις από τους προηγούμενους χάρτες, μας επιτρέπει να μετράμε δομές τόσο μεγάλες όσο ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός.»
Οι διακυμάνσεις στη γαλαξιακή κατανομή που αποτελούν ορατές δομές μεγάλης κλίμακας προέρχονται άμεσα από διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων, αντανακλώντας ταλαντώσεις στο πυκνό πρώιμο σύμπαν που έχουν μετρηθεί με μεγάλη ακρίβεια με πειράματα που μεταδίδονται με μπαλόνι και τον δορυφόρο WMAP.
Το αποτέλεσμα είναι ένας φυσικός «χάρακας» που σχηματίζεται από τις κανονικές παραλλαγές (μερικές φορές ονομάζονται «ταλαντώσεις βαρυονίου», με βαρυόνια ως στενό για συνηθισμένη ύλη), ο οποίος επαναλαμβάνεται σε διαστήματα περίπου 450 εκατομμυρίων ετών φωτός.
«Δυστυχώς, είναι ένα άβολο μέγεθος χάρακα», λέει ο Schlegel. «Έπρεπε να δοκιμάσουμε έναν τεράστιο όγκο του σύμπαντος για να χωρέσουμε στον χάρακα μέσα».
Λέει ο Padmanabhan, «Παρόλο που το σύμπαν είναι 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, αυτό δεν είναι πραγματικά πολύς χρόνος όταν μετράτε με έναν χάρακα που σημειώνει μόνο κάθε 450 εκατομμύρια έτη φωτός».
Η κατανομή των γαλαξιών αποκαλύπτει πολλά πράγματα, αλλά ένα από τα πιο σημαντικά είναι ένα μέτρο της μυστηριώδους σκοτεινής ενέργειας που αντιστοιχεί στα τρία τέταρτα της πυκνότητας του σύμπαντος. (Η σκοτεινή ύλη αντιπροσωπεύει περίπου άλλο 20 τοις εκατό, ενώ λιγότερο από το 5 τοις εκατό είναι συνηθισμένη ύλη του είδους που κάνει ορατούς γαλαξίες.)
«Η σκοτεινή ενέργεια είναι ακριβώς ο όρος που χρησιμοποιούμε για την παρατήρησή μας ότι η επέκταση του σύμπαντος επιταχύνεται», σχολιάζει ο Padmanabhan. «Κοιτάζοντας πού ήταν οι διακυμάνσεις πυκνότητας τη στιγμή του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων» - μόνο περίπου 300.000 χρόνια μετά το Big Bang - «και βλέποντας πώς εξελίχθηκαν σε έναν χάρτη που καλύπτει τα τελευταία 5,6 δισεκατομμύρια χρόνια, μπορούμε να δούμε αν οι εκτιμήσεις μας της σκοτεινής ενέργειας είναι σωστά. "
Ο νέος χάρτης δείχνει ότι οι δομές μεγάλης κλίμακας είναι πράγματι κατανεμημένες όπως προτείνουν οι τρέχουσες ιδέες για την επιταχυνόμενη επέκταση του σύμπαντος. Η υποτιθέμενη κατανομή της σκοτεινής ύλης του χάρτη, η οποία αν και αόρατη επηρεάζεται από τη βαρύτητα όπως και η συνηθισμένη ύλη, συμμορφώνεται επίσης με την τρέχουσα κατανόηση.
Αυτό που έκανε εφικτό τον μεγάλο νέο τρισδιάστατο χάρτη ήταν το τηλεσκόπιο ευρείας περιοχής του Sloan Digital Sky Survey, το οποίο καλύπτει οπτικό πεδίο τριών μοιρών (η πανσέληνος είναι περίπου μισός βαθμός), καθώς και η επιλογή ενός συγκεκριμένου είδους γαλαξιακού «Φάρος» ή δείκτης απόστασης: φωτεινοί κόκκινοι γαλαξίες.
«Αυτοί είναι νεκροί, κόκκινοι γαλαξίες, μερικοί από τους παλαιότερους στο σύμπαν - στους οποίους όλα τα γρήγορα αστέρια έχουν κάψει πολύ καιρό και έχουν απομείνει μόνο παλιά κόκκινα αστέρια», λέει ο Schlegel. «Όχι μόνο αυτοί είναι οι πιο κοκκινιστοί γαλαξίες, αλλά είναι και οι πιο φωτεινοί, ορατοί σε μεγάλες αποστάσεις».
Οι αστρονόμοι του Sloan Digital Sky Survey συνεργάστηκαν με συναδέλφους στην ομάδα του Αυστραλιανού Διπλού Βαθμού για τη μέτρηση του χρώματος και της ερυθράς αλλαγής δείγματος 10.000 κόκκινων φωτεινών γαλαξιών, που σχετίζονται με το χρώμα του γαλαξία με την απόσταση. Στη συνέχεια εφάρμοσαν αυτές τις μετρήσεις σε 600.000 τέτοιους γαλαξίες για να σχεδιάσουν το χάρτη τους.
Ο Padmanabhan παραδέχεται ότι «υπάρχει στατιστική αβεβαιότητα στην εφαρμογή μιας σχέσης απόστασης φωτεινότητας που προέρχεται από 10.000 κόκκινους φωτεινούς γαλαξίες και στους 600.000 χωρίς να τους μετράμε ξεχωριστά. Το παιχνίδι που παίζουμε είναι, έχουμε τόσα πολλά που οι μέσες τιμές μας δίνουν ακόμη πολύ χρήσιμες πληροφορίες για τη διανομή τους. Και χωρίς να χρειάζεται να μετρήσουμε τα φάσματα τους, μπορούμε να κοιτάξουμε πολύ βαθύτερα στο διάστημα. "
Ο Schlegel συμφωνεί ότι οι ερευνητές απέχουν πολύ από την επίτευξη της ακρίβειας που θέλουν. «Αλλά έχουμε δείξει ότι τέτοιες μετρήσεις είναι δυνατές και έχουμε καθορίσει το σημείο εκκίνησης για έναν τυπικό χάρακα του εξελισσόμενου κόσμου.
Λέει ότι «το επόμενο βήμα είναι να σχεδιάσουμε ένα πείραμα ακριβείας, ίσως βασισμένο σε τροποποιήσεις στο τηλεσκόπιο SDSS. Δουλεύουμε με μηχανικούς εδώ στο Berkeley Lab για να επανασχεδιάσουμε το τηλεσκόπιο για να κάνουμε αυτό που θέλουμε να κάνουμε. "
«Η ομαδοποίηση των φωτεινών κόκκινων γαλαξιών στα δεδομένα απεικόνισης της έρευνας Sloan Digital Sky», από τους Nikhil Padmanabhan, David J. Schlegel, Uros Seljak, Alexey Makarov, Neta A. Bahcall, Michael R. Blanton, Jonathan Brinkmann, Daniel J. Eisenstein, Douglas P. Finkbeiner, James E. Gunn, David W. Hogg, ?? bf? Eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert H. Lupton, Robert C. Nichol, Donald P. Schneider, Michael A. Strauss, Ο Max Tegmark και ο Donald G. York, θα εμφανιστούν στις Μηνιαίες Ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας και είναι τώρα διαθέσιμοι στο Διαδίκτυο στη διεύθυνση http://arxiv.org/archive/astro-ph.
Το SDSS διοικείται από την Κοινοπραξία Αστροφυσικής Έρευνας για τα Συμμετέχοντα Ιδρύματα, τα οποία είναι το Αμερικανικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας, το Αστροφυσικό Ινστιτούτο Πότσνταμ, το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας, το Πανεπιστήμιο Cambridge, το Πανεπιστήμιο Case Western Reserve, το Πανεπιστήμιο του Σικάγου, το Πανεπιστήμιο Drexel, το Fermilab, το Ινστιτούτο Προηγμένη μελέτη, η ομάδα συμμετοχής της Ιαπωνίας, το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, το Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Αστροφυσικής, το Ινστιτούτο Αστροφυσικής και Κοσμολογίας Σωματιδίων του Κάβλι, η Κορεατική Επιστημονική Ομάδα, η Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (LAMOST), το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos, το Max- Planck-Institute for Astronomy (MPIA), το Max-Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, Ohio State University, University of Pittsburgh, University of Portsmouth, Princeton University, the United States Naval Observatory και το University της Ουάσιγκτον.
Η χρηματοδότηση SDSS παρέχεται από το Ίδρυμα Alfred P. Sloan, τα συμμετέχοντα ιδρύματα, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, την Εθνική Διοίκηση Αεροναυτικής και Διαστήματος, το Ιαπωνικό Monbukagakusho, το Max Planck Society και το Συμβούλιο Χρηματοδότησης της Ανώτατης Εκπαίδευσης για Αγγλία. Επισκεφθείτε τον ιστότοπο SDSS στη διεύθυνση http://www.sdss.org/.
Το Berkeley Lab είναι εθνικό εργαστήριο Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ που βρίσκεται στο Berkeley της Καλιφόρνια. Διεξάγει μη ταξινομημένη επιστημονική έρευνα και διοικείται από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Επισκεφθείτε τον ιστότοπό μας στη διεύθυνση http://www.lbl.gov.
Αρχική πηγή: Berkeley Lab
