Το 1929, ο Edwin Hubble άλλαξε για πάντα την κατανόησή μας για τον κόσμο, δείχνοντας ότι το Σύμπαν βρίσκεται σε κατάσταση επέκτασης. Μέχρι τη δεκαετία του 1990, οι αστρονόμοι καθόρισαν ότι ο ρυθμός με τον οποίο επεκτείνεται στην πραγματικότητα επιταχύνεται, ο οποίος με τη σειρά του οδήγησε στη θεωρία της «Σκοτεινής Ενέργειας». Από τότε, οι αστρονόμοι και οι φυσικοί έχουν προσπαθήσει να προσδιορίσουν την ύπαρξη αυτής της δύναμης μετρώντας την επιρροή που έχει στον Κόσμο.
Οι τελευταίες σε αυτές τις προσπάθειες προέρχονται από το Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), όπου μια διεθνής ομάδα ερευνητών ανακοίνωσε ότι έχουν ολοκληρώσει τη δημιουργία των πιο ακριβών μετρήσεων του Σύμπαντος μέχρι σήμερα. Γνωστό ως Bryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), οι μετρήσεις τους έχουν θέσει νέους περιορισμούς στις ιδιότητες της Dark Energy.
Οι νέες μετρήσεις παρουσιάστηκαν από τον αστρονόμο του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ Ντάνιελ Eisenstein σε πρόσφατη συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας. Ως διευθυντής της 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.
Και μετά από μια δεκαετία έρευνας, η ομάδα BOSS κατάφερε να παράγει έναν τρισδιάστατο χάρτη του σύμπαντος που καλύπτει περισσότερα από έξι δισεκατομμύρια έτη φωτός. Και ενώ άλλες πρόσφατες έρευνες έχουν κοιτάξει πιο μακριά - έως και αποστάσεις 9 και 13 δισεκατομμυρίων ετών φωτός - ο χάρτης BOSS είναι μοναδικός, καθώς διαθέτει την υψηλότερη ακρίβεια οποιουδήποτε κοσμολογικού 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 εύκολο θέμα, λόγω των επιπτώσεων της σχετικότητας. Όπως είπε ο Δρ Eisenstein στο Space Magazine μέσω email:
«Οι αποστάσεις είναι μια μακροχρόνια πρόκληση στην αστρονομία. Ενώ οι άνθρωποι συχνά μπορούν να κρίνουν την απόσταση λόγω της διοφθαλμικής όρασης 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 εκτιμηθεί η απόστασή τους. Είναι σαν να κοιτάς ένα μακρινό βουνό. η κρίση της απόστασης του συνδέεται με την κρίση του ύψους του. "
Στο παρελθόν, οι αστρονόμοι έχουν πραγματοποιήσει ακριβείς μετρήσεις αντικειμένων εντός του τοπικού σύμπαντος (π.χ. πλανήτες, γειτονικά αστέρια, συστάδες αστεριών), στηριζόμενοι σε οτιδήποτε, από το ραντάρ έως το κόκκινο - το 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.
Και μέχρι τώρα, μόνο αντικείμενα που απέχουν λίγες χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη - δηλαδή μέσα στον γαλαξία του Γαλαξία - έχουν μετρηθεί οι αποστάσεις τους σε ένα περιθώριο σφάλματος ενός τοις εκατό. Ως το μεγαλύτερο από τα τέσσερα έργα που αποτελούν το Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), αυτό που ξεχωρίζει το BOSS είναι το γεγονός ότι βασίζεται κυρίως στη μέτρηση των λεγόμενων «ακουστικών ταλαντώσεων baryon» (BAOs).
Αυτοί είναι ουσιαστικά λεπτοί περιοδικοί κυματισμοί στην κατανομή της ορατής βαρυονικής (δηλαδή κανονικής) ύλης στον Κόσμο. Ο Daniel Eisenstein εξήγησε:
«Το BOSS μετρά την επέκταση του Σύμπαντος με δύο βασικούς τρόπους. Το πρώτο είναι με τη χρήση των ακουστικών ταλαντώσεων baryon (εξ ου και το όνομα της έρευνας). Τα ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν τα πρώτα 400.000 χρόνια μετά το Big Bang 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 να μετρηθεί το πώς η ομαδοποίηση των γαλαξιών διαφέρει μεταξύ ζευγαριών προσανατολισμένων κατά μήκος της οπτικής όψης σε σύγκριση με την εγκάρσια προς την οπτική γραμμή. Η επέκταση του Σύμπαντος μπορεί να προκαλέσει αυτήν την ομαδοποίηση ασύμμετρη εάν κάποιος χρησιμοποιεί το λάθος ιστορικό επέκτασης κατά τη μετατροπή των ερυθρών αλλαγών σε απόσταση. "
Με αυτές τις νέες, εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις απόστασης, οι αστρονόμοι της BOSS θα μπορούν να μελετήσουν την επίδραση του Dark Matter με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια. «Διαφορετικά μοντέλα σκοτεινής ενέργειας ποικίλλουν ως προς το πώς προχωρά η επιτάχυνση της επέκτασης του Σύμπαντος με την πάροδο του χρόνου», δήλωσε ο Eisenstein. «Το BOSS μετρά το ιστορικό επέκτασης, το οποίο μας επιτρέπει να συμπεράνουμε το ρυθμό επιτάχυνσης. Βρίσκουμε αποτελέσματα που είναι πολύ συνεπή με τις προβλέψεις του κοσμολογικού σταθερού μοντέλου, δηλαδή το μοντέλο στο οποίο η σκοτεινή ενέργεια έχει σταθερή πυκνότητα με την πάροδο του χρόνου. "
Εκτός από τη μέτρηση της κατανομής της κανονικής ύλης για τον προσδιορισμό της επίδρασης 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 πλέον διαθέσιμα στο διαδίκτυο.
Και το BOSS δεν είναι η μόνη προσπάθεια κατανόησης της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντός μας και πώς το έχουν διαμορφώσει όλες οι μυστηριώδεις δυνάμεις του. Μόλις τον περασμένο μήνα, ο καθηγητής Stephen Hawking ανακοίνωσε ότι το κέντρο υπερυπολογιστών COSMOS στο Cambridge University θα δημιουργούσε τον πιο λεπτομερή τρισδιάστατο χάρτη του Σύμπαντος μέχρι σήμερα.
Βασιζόμενοι στα δεδομένα που λαμβάνονται από τα δεδομένα CMB που αποκτήθηκαν από τον δορυφόρο Planck της ESA και πληροφορίες από την Έρευνα Dark Energy, ελπίζουν επίσης να μετρήσουν την επιρροή που είχε η Dark Energy στην κατανομή της ύλης στο Σύμπαν μας. Ποιός ξέρει? Σε λίγα χρόνια, μπορεί να καταλάβουμε πώς συνεργάζονται όλες οι θεμελιώδεις δυνάμεις που διέπουν το Σύμπαν.
