Πιστωτική εικόνα: SDSS
Από την ανακάλυψη πριν από αρκετά χρόνια μιας μυστηριώδους δύναμης, που ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια, η οποία φαίνεται να επιταχύνει το Σύμπαν, οι αστρονόμοι αναζητούν πρόσθετες αποδείξεις για να υποστηρίξουν ή να μειώσουν αυτήν τη θεωρία. Οι αστρονόμοι από την έρευνα Sloan Digital Sky έχουν βρει διακυμάνσεις στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου που ταιριάζουν με την αποκρουστική επίδραση της σκοτεινής ενέργειας.
Επιστήμονες από το Sloan Digital Sky Survey ανακοίνωσαν την ανακάλυψη ανεξάρτητων φυσικών στοιχείων για την ύπαρξη σκοτεινής ενέργειας.
Οι ερευνητές βρήκαν ένα αποτύπωμα σκοτεινής ενέργειας συσχετίζοντας εκατομμύρια γαλαξίες στην έρευνα Sloan Digital Sky Survey (SDSS) και κοσμικούς χάρτες θερμοκρασίας υποβάθρου μικροκυμάτων από τον Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA. Οι ερευνητές βρήκαν τη «σκιά» της σκοτεινής ενέργειας στην αρχαία κοσμική ακτινοβολία, ένα λείψανο ψυχρής ακτινοβολίας από το Big Bang.
Με το συνδυασμό των αποτελεσμάτων από αυτές τις δύο μεγάλες έρευνες στον ουρανό, αυτή η ανακάλυψη παρέχει φυσικά στοιχεία για την ύπαρξη σκοτεινής ενέργειας. ένα αποτέλεσμα που συμπληρώνει τις προηγούμενες εργασίες για την επιτάχυνση του σύμπαντος, όπως μετράται από μακρινές σουπερνόβες. Παρατηρήσεις από τις παρατηρήσεις μπαλονιών της χιλιομετρικής εξωγαλαξιακής ακτινοβολίας και της γεωφυσικής (BOOMERANG) του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων (CMB) ήταν επίσης μέρος των προηγούμενων ευρημάτων.
Η σκοτεινή ενέργεια, ένα σημαντικό συστατικό του σύμπαντος και ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα στην επιστήμη, είναι βαρυτικά αποκρουστική παρά ελκυστική. Αυτό προκαλεί την επιτάχυνση της επέκτασης του σύμπαντος, σε αντίθεση με την έλξη της συνηθισμένης (και σκοτεινής) ύλης, η οποία θα την έκανε να επιβραδύνει.
«Σε ένα επίπεδο σύμπαν, το αποτέλεσμα που παρατηρούμε εμφανίζεται μόνο εάν έχετε ένα σύμπαν με σκοτεινή ενέργεια», εξήγησε ο επικεφαλής ερευνητής Δρ Ryan Scranton του τμήματος Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ. "Εάν το σύμπαν αποτελούταν απλώς από ύλη και ήταν ακόμα επίπεδο, αυτό το φαινόμενο δεν θα υπήρχε."
«Καθώς τα φωτόνια από το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB) μας ταξιδεύουν από 380.000 χρόνια μετά το Big Bang, μπορούν να βιώσουν μια σειρά φυσικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένου του ενσωματωμένου φακού Sachs-Wolfe. Αυτό το αποτέλεσμα είναι ένα αποτύπωμα ή σκιά σκοτεινής ενέργειας στα μικροκύματα. Το αποτέλεσμα μετρά επίσης τις αλλαγές στη θερμοκρασία του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων λόγω των επιπτώσεων της βαρύτητας στην ενέργεια των φωτονίων », πρόσθεσε ο Scranton.
Η ανακάλυψη είναι «μια φυσική ανίχνευση σκοτεινής ενέργειας και εξαιρετικά συμπληρωματική με άλλες ανιχνεύσεις σκοτεινής ενέργειας» πρόσθεσε ο Δρ Bob Nichol, συνεργάτης SDSS και αναπληρωτής καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ. Ο Nichol παρομοίασε το εφέ Integrated Sachs-Wolfe με το να βλέπει ένα άτομο που στέκεται μπροστά σε ένα ηλιόλουστο παράθυρο: «Βλέπετε μόνο το περίγραμμά του και μπορείτε να τα αναγνωρίσετε μόνο από αυτές τις πληροφορίες. Ομοίως, το σήμα που βλέπουμε έχει το σωστό περίγραμμα (ή σκιά) που θα περιμέναμε για σκοτεινή ενέργεια », δήλωσε ο Nichol.
«Συγκεκριμένα, το χρώμα του σήματος είναι το ίδιο με το χρώμα του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων, αποδεικνύοντας ότι είναι κοσμολογικής προέλευσης και όχι κάποια ενοχλητική μόλυνση», πρόσθεσε ο Nichol.
«Αυτό το έργο παρέχει φυσική επιβεβαίωση ότι κάποιος χρειάζεται σκοτεινή ενέργεια για να εξηγήσει ταυτόχρονα τα δεδομένα CMB και SDSS, ανεξάρτητα από το έργο των σουπερνόβων. Τέτοιοι διασταυρούμενοι έλεγχοι είναι ζωτικής σημασίας για την επιστήμη », πρόσθεσε ο Jim Gunn, Project Scientist του SDSS και καθηγητής Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Princeton.
Ο Δρ Andrew Connolly του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ εξήγησε ότι τα φωτόνια που ρέουν από το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων διέρχονται από πολλές συγκεντρώσεις γαλαξιών και σκοτεινής ύλης. Καθώς πέφτουν σε ένα βαρυτικό πηγάδι κερδίζουν ενέργεια (όπως μια μπάλα που κυλάει σε ένα λόφο). Καθώς βγαίνουν χάνουν ενέργεια (και πάλι σαν μια μπάλα που κυλά πάνω σε ένα λόφο). Οι φωτογραφικές εικόνες των μικροκυμάτων γίνονται πιο μπλε (δηλ. Πιο ενεργητικοί) καθώς πέφτουν προς αυτές τις συγκεντρώσεις supercluster και στη συνέχεια γίνονται πιο κόκκινες (δηλ. Λιγότερο ενεργητικές) καθώς ανεβαίνουν από αυτές.
«Σε ένα σύμπαν που αποτελείται κυρίως από κανονική ύλη θα περίμενε κανείς ότι το καθαρό αποτέλεσμα των κόκκινων και μπλε μετατοπίσεων θα ακυρώνονταν. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια διαπιστώνουμε ότι τα περισσότερα από τα πράγματα στο σύμπαν μας είναι αφύσικα, καθώς είναι βαρυτικά απωθητικά παρά ελκυστικά βαρυτικά », εξήγησε ο Albert Stebbins, επιστήμονας στο NASA / Fermilab Astrophysics Center Fermi National Accelerator Laboratory, ένα SDSS που συνεργάζεται ίδρυμα. "Αυτό το ανώμαλο πράγμα που ονομάζουμε σκοτεινή ενέργεια."
Ο συνεργάτης της SDSS Connolly είπε αν το βάθος του βαρυτικού φρεατίου μειώνεται ενώ το φωτονίο ταξιδεύει μέσα από αυτό, τότε το φωτόνιο θα βγαίνει με ελαφρώς περισσότερη ενέργεια. «Αν αυτό ήταν αλήθεια, τότε θα περιμέναμε να δούμε ότι η κοσμική θερμοκρασία φόντου μικροκυμάτων είναι ελαφρώς πιο ζεστή σε περιοχές με περισσότερους γαλαξίες. Αυτό ακριβώς βρήκαμε. "
Ο Stebbins πρόσθεσε ότι η καθαρή ενεργειακή αλλαγή που αναμένεται από μία μόνο συγκέντρωση μάζας είναι μικρότερη από ένα μέρος σε ένα εκατομμύριο και οι ερευνητές έπρεπε να εξετάσουν έναν μεγάλο αριθμό γαλαξιών προτού περιμένουν να δουν το αποτέλεσμα. Είπε ότι τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια υπάρχει σε σχετικά μικρές συγκεντρώσεις μάζας: μόνο 100 εκατομμύρια έτη φωτός, όπου οι σκοτεινές ενέργειες που παρατηρήθηκαν προηγουμένως ήταν σε κλίμακα 10 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Μια μοναδική πτυχή των δεδομένων SDSS είναι η ικανότητά του να μετρά με ακρίβεια τις αποστάσεις σε όλους τους γαλαξίες από τη φωτογραφική ανάλυση των φωτομετρικών αλλαγών τους. «Επομένως, μπορούμε να δούμε το αποτύπωμα αυτής της επίδρασης στο CMB να αυξάνεται ως συνάρτηση της εποχής του σύμπαντος», δήλωσε ο Connolly. "Τελικά ίσως να μπορέσουμε να προσδιορίσουμε τη φύση της σκοτεινής ενέργειας από μετρήσεις σαν αυτές, αν και αυτό είναι λίγο στο μέλλον."
«Για να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι υπάρχει σκοτεινή ενέργεια, πρέπει μόνο να υποθέσουμε ότι το σύμπαν δεν είναι κυρτό. Μετά την είσοδο των αποτελεσμάτων του Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (τον Φεβρουάριο του 2003), αυτή είναι μια αποδεκτή υπόθεση », εξήγησε ο Scranton. «Αυτό είναι εξαιρετικά συναρπαστικό. Δεν ξέραμε αν θα μπορούσαμε να πάρουμε ένα σήμα, οπότε περάσαμε πολύ χρόνο δοκιμάζοντας τα δεδομένα για τη μόλυνση από τον γαλαξία μας ή από άλλες πηγές. Έχοντας τα αποτελέσματα τόσο δυνατά όσο έκαναν ήταν εξαιρετικά ικανοποιητικό. "
Οι ανακαλύψεις έγιναν σε 3.400 τετραγωνικούς βαθμούς του ουρανού που ερευνήθηκαν από το SDSS.
"Αυτός ο συνδυασμός διαστημικών μικροκυμάτων και επίγειων οπτικών δεδομένων μας έδωσε αυτό το νέο παράθυρο στις ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας", δήλωσε ο David Spergel, κοσμολόγος του Πανεπιστημίου του Πρίνστον και μέλος της επιστημονικής ομάδας του WMAP. «Συνδυάζοντας τα δεδομένα WMAP και SDSS, ο Scranton και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι η σκοτεινή ενέργεια, ό, τι κι αν είναι, είναι κάτι που δεν προσελκύεται από τη βαρύτητα, ακόμη και στις μεγάλες κλίμακες που εξετάζει η Sloan Digital Sky Survey.
«Αυτή είναι μια σημαντική υπόδειξη για τους φυσικούς που προσπαθούν να κατανοήσουν τη μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια», πρόσθεσε ο Spergel.
Εκτός από τους κύριους ερευνητές Scranton, Connolly, Nichol και Stebbins, ο Istavan Szapudi του Πανεπιστημίου της Χαβάης συνέβαλε στην έρευνα. Άλλοι που συμμετείχαν στην ανάλυση περιλαμβάνουν τον Niayesh Afshordi του Πανεπιστημίου του Princeton, τον Max Tegmark του Πανεπιστημίου της Πενσυλβανίας και τον Daniel Eisenstein του Πανεπιστημίου της Αριζόνα.
ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ SLOAN DIGITAL SKY SURVEY (SDSS)
Η Sloan Digital Sky Survey (sdss.org) θα χαρτογραφήσει λεπτομερώς το ένα τέταρτο ολόκληρου του ουρανού, προσδιορίζοντας τις θέσεις και την απόλυτη φωτεινότητα 100 εκατομμυρίων ουράνιων αντικειμένων. Θα μετρήσει επίσης τις αποστάσεις σε πάνω από ένα εκατομμύριο γαλαξίες και κβάζαρ. Το Astrophysical Research Consortium (ARC) λειτουργεί το Apache Point Observatory, τοποθεσία των τηλεσκοπίων SDSS.
Το SDSS είναι ένα κοινό έργο του Πανεπιστημίου του Σικάγου, Fermilab, του Ινστιτούτου Προχωρημένης Μελέτης, της Ιαπωνικής Ομάδας Συμμετοχής, του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, του Εθνικού Εργαστηρίου Los Alamos, του Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), του Max- Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, University of Pittsburgh, Princeton University, the United States Naval Observatory και το University of Washington.
Χρηματοδότηση για το έργο έχει παρασχεθεί από το Ίδρυμα Alfred P. Sloan, τα Συμμετέχοντα Ιδρύματα, την Εθνική Διοίκηση Αεροναυτικής και Διαστήματος, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, το Ιαπωνικό Monbukagakusho και την Εταιρεία Max Planck.
Το WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY PROBE (WMAP) είναι μια αποστολή της NASA που δημιουργήθηκε σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Princeton και το Goddard Space Flight Center για τη μέτρηση της θερμοκρασίας της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, της υπολειπόμενης θερμότητας από το Big Bang. Η αποστολή WMAP αποκαλύπτει συνθήκες όπως υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν μετρώντας τις ιδιότητες της κοσμικής ακτινοβολίας φόντου μικροκυμάτων πάνω από τον πλήρη ουρανό. (http://map.gsfc.nasa.gov)
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων SDSS
