Πιστωτική εικόνα: Χαμπλ
Οι επιστήμονες του πανεπιστημίου έχουν συνιδρύσει μια διεθνή συνεργασία που επιδιώκει να μετρήσει με νέα ακρίβεια τη μυστηριώδη δύναμη που κάνει το σύμπαν να ξεσπάσει. Τα σχέδια ζητούν το έργο, που ονομάζεται Dark Energy Survey, να συλλέξει δεδομένα για περίπου 300 εκατομμύρια γαλαξίες που εκτείνονται στα δύο τρίτα της ιστορίας του σύμπαντος.
Η έρευνα θα μπορούσε να αρχίσει να κάνει παρατηρήσεις ήδη από το φθινόπωρο του 2009. Αν και ο DES παραμένει περισσότερο από τέσσερα χρόνια μακριά, οι πιο φιλόδοξες έρευνες θα διαρκέσουν τουλάχιστον μια δεκαετία για την παραγωγή αποτελεσμάτων. "Δεν θέλω να περιμένω τόσο πολύ," είπε ο Joshua Frieman, καθηγητής Αστρονομίας & Αστροφυσικής και του Κολλεγίου.
Σύμφωνα με τις μεθόδους λογιστικής της φυσικής, η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί το 70% του σύμπαντος. Η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να είναι μια εκδήλωση της κοσμολογικής σταθεράς του Άλμπερτ Αϊνστάιν, μιας δύναμης που ενεργεί ανά πάσα στιγμή και σε όλα τα μέρη του σύμπαντος. Θα μπορούσε επίσης να είναι μια ανάλυση της θεωρίας βαρύτητας του Αϊνστάιν σε τεράστιες κλίμακες.
«Απαιτεί ουσιαστικά τη βαρύτητα να είναι αποκρουστική»; είπε ο Wayne Hu, Αναπληρωτής Καθηγητής Αστρονομίας & Αστροφυσικής. «Αυτό είναι δυνατό σύμφωνα με τις τυπικές θεωρίες βαρύτητας, αλλά δεν αναμένεται.» Όποια σκοτεινή ενέργεια είναι, είπε ο Frieman, «είναι πιθανό να έχει βαθιές επιπτώσεις στη θεμελιώδη φυσική.»
Η συνεργασία DES αποτελείται από ερευνητές στο Σικάγο, το Fermi National Accelerator Laboratory, το University of Illinois at Urbana-Champaign, το Lawrence Berkeley National Laboratory και το Cerro Tololo Inter-American Observatory, καθώς και ομάδες από το Ηνωμένο Βασίλειο και τη Βαρκελώνη της Ισπανίας. Η χρηματοδότηση για το έργο ύψους 20 εκατομμυρίων δολαρίων είναι πιθανό να προέρχεται κυρίως από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, από ευρωπαϊκούς οργανισμούς χρηματοδότησης, από τα ιδρύματα μέλη και από άλλους οργανισμούς και πηγές.
Η Frieman είναι επικεφαλής της συνιστώσας της συνεργασίας του Πανεπιστημίου. Συμμετέχοντας μαζί του και ο Hu στη συνεργασία είναι ο John Carlstrom, ο διακεκριμένος καθηγητής S. Chandrasekhar στην Αστρονομία & Αστροφυσική και το Κολλέγιο. Scott Dodelson, Καθηγητής Αστρονομίας & Αστροφυσικής και του τμήματος Φυσικών Επιστημών. Stephen Kent, Αναπληρωτής Καθηγητής Αστρονομίας & Αστροφυσικής; Erin Sheldon, συνεργάτης του Ινστιτούτου Κοσμολογικής Φυσικής στο Κάβλι. και η Risa Wechsler, συνεργάτης του Χαμπλ στο Ινστιτούτο Κοσμολογικής Φυσικής στο Κάβλι. Ο Frieman και ο Dodelson είναι επίσης μέλη του Fermilab's Theoretical Astrophysics Group, τον οποίο ηγείται ο Dodelson, ενώ ο Kent είναι επικεφαλής της Fermilab's Experimental Astrophysics Group.
Ο DES θα απαιτήσει την εγκατάσταση κάμερας 520 megapixel στο υπάρχον τετραμελές τηλεσκόπιο Blanco στο Διαμερικανικό Παρατηρητήριο Cerro Tololo στη Χιλή. «Αυτό θα ήταν μεγαλύτερο από οποιαδήποτε υπάρχουσα οπτική κάμερα στον κόσμο»; Είπε ο Frieman.
Μερικές εκατοντάδες megapixel μπορεί να μην ακούγονται πολύ, είπε ο Frieman, "αλλά δεν είναι τα ίδια pixel που πηγαίνουν στο χέρι σας. Έχουν πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία. Είναι ανιχνευτές υψηλής ακρίβειας και υψηλής απόδοσης. Επιπλέον, η κάμερα θα επιτρέψει στους επιστήμονες να εξετάσουν τον ουρανό 10 φορές πιο γρήγορα από ό, τι θα μπορούσαν σε οποιοδήποτε υπάρχον αστεροσκοπείο των ΗΠΑ.
Η κάμερα που βρίσκεται τώρα στο τηλεσκόπιο έχει πολύ μικρό οπτικό πεδίο. Θα χρειαστούν πολλές δεκαετίες για να κάνουμε την έρευνα; Είπε ο Frieman.
Η νέα κάμερα θα επιτρέψει στον DES να χρησιμοποιήσει τέσσερις τεχνικές στην προσπάθεια διάκρισης μεταξύ των δύο ευρέων εξηγήσεων για τη σκοτεινή ενέργεια - την κοσμολογική σταθερά ή την ανάλυση της βαρύτητας.
«Η πρώτη μέθοδος και αυτή που πραγματικά οδηγεί το σχεδιασμό της έρευνας είναι να μετράμε σμήνους γαλαξιών»; Είπε ο Frieman. Σε αυτήν την προσπάθεια θα συνεργαστεί με το τηλεσκόπιο του νότιου πόλου του Carlstrom, το οποίο έχει προγραμματιστεί να αρχίσει να κάνει παρατηρήσεις τον Μάρτιο του 2007.
Το SPT θα βοηθήσει να αποκαλυφθεί εάν η σκοτεινή ενέργεια έχει καταστέλλει το σχηματισμό συσπειρώσεων γαλαξιών κατά την ιστορία του σύμπαντος. Ένα ραδιοτηλεσκόπιο, το SPT θα ανιχνεύσει συστάδες γαλαξιών με τον τρόπο που παραμορφώνει την ακτινοβολία μικροκυμάτων που έχει απομείνει από τη μεγάλη έκρηξη. Εάν οι θεωρητικοί γνωρίζουν πόσο μακριά και πόσο μαζικά είναι τα σμήνη των γαλαξιών, μπορούν να προβλέψουν πόσα πρέπει να υπάρχουν παρουσία σκοτεινής ενέργειας. Ο DES θα κάνει οπτικές μετρήσεις για να εκτιμήσει την απόσταση τους μέσω των χρωμάτων των γαλαξιών και της μάζας τους με βαρυτικό φακό, την παραμόρφωση του φωτός από ένα παρεμβαλλόμενο γαλαξιακό σύμπλεγμα. Αυτό είναι ένα πολύ κομψό τεστ,; Ο Χου είπε.
Η τρίτη τεχνική χρησιμοποιεί βαρυτικό φακό σε κοσμική κλίμακα. Οι θεωρητικοί μπορούν να προβλέψουν την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας στη μεγάλης κλίμακας κατανομή της σκοτεινής ύλης. Με τη μεγάλη περιοχή έρευνας, ο DES μπορεί να μετρήσει τη μικρή παραμόρφωση των εικόνων των γαλαξιών που προκαλούνται από διακυμάνσεις στην πυκνότητα της σκοτεινής ύλης.
Η τέταρτη μέθοδος περιλαμβάνει την ίδια τεχνική που οδήγησε στην ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας το 1998: μέτρηση της απόστασης από έναν συγκεκριμένο τύπο εκρηκτικού αστεριού για την ανακατασκευή της ιστορίας επέκτασης του σύμπαντος. Οι αστρονόμοι μελέτησαν αυτά τα εκρηκτικά αστέρια αναμένοντας να διαπιστώσουν ότι η επέκταση του σύμπαντος είχε επιβραδυνθεί με την πάροδο του χρόνου. Ανακάλυψαν αντ 'αυτού μια επιταχυνόμενη επέκταση.
Αυτές οι τεχνικές αλληλοσυμπληρώνονται πολύ καλά; Είπε ο Frieman. Υποφέρουν από διαφορετικές πηγές σφαλμάτων, οπότε αν συμφωνήσουν, αυτό σας δίνει εμπιστοσύνη στο αποτέλεσμα σας.
Από την πλευρά του, ο Χού ελπίζει ότι οι δοκιμές θα αποκαλύψουν κάποια ασυμφωνία μεταξύ των προβλέψεων και της πραγματικότητας. "Για μένα αυτό θα ήταν το πιο συναρπαστικό πράγμα."
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο Τύπου του Πανεπιστημίου του Σικάγο
