Naukowcy z Sloan Digital Sky Survey (SDSS) wykonali najdokładniejsze pomiary skupiania się ciemnej materii oraz galaktyk w gromady, odświeżając w ten sposób naszą wiedzę o strukturze i ewolucji Wszechświata.

Od rozpoczęcia projektu pod koniec lat osiemdziesiątych, jednym z kluczowych celów było wykonanie dokładnych pomiarów skupiania się gromad galaktyk pod wpływem grawitacji” – wyjaśnia Richard Kron, dyrektor SDSS i profesor University of Chicago.

W procesie skupiania się, zakodowanie są informacje zarówno o niewidzialnej materii, która popycha galaktyki, jak i o drobnych fluktuacjach materii, które pojawiły się po Wielkim Wybuchu” – wyjaśnia rzecznik projektu SDSS Michael Strauss z Princeton University, jeden z głównych autorów prac opisujących badania, które ukażą się w Astrophysical JournalPhysical Review D.

Najpopularniejszy model kosmologiczny mówi o gwałtownej ekspansji Wszechświata w okresie tak zwanej inflacji, podczas której fluktuacje powstałe w skali kwantowej rozciągnęły się na ogromną skalę w wyniku gwałtownych następstw po Wielkim Wybuchu. Kiedy okres inflacji się skończył, z fluktuacji wyłoniły się galaktyki wraz ze skłonnością do skupiania się, zaobserwowana przez SDSS.

Fluktuacje widoczne są na schematach ukazujących natężenie promieniowania reliktowego, wykonanych przez misję Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) i opublikowanych w MAP stworzył nową mapę mikrofalowego promieniowania tła “>lutym 2003 roku.

Sporządziliśmy najlepszą trójwymiarową mapę Wszechświata, pokazaliśmy 200 000 galaktyk odległych nawet o 2 miliardy lat świetlnych na obszarze 6 procent nieba” – mówi kolejny współautor badań, Michael Blanton z New York University. Gromady galaktyk ukazane na mapie pokazują oddziaływania grawitacyjne we Wszechświecie i w połączeniu z danymi misji WMAP pozwoliły stwierdzić, że Wszechświat jest zbudowany w 70 procentach z ciemnej energii, 25 procentach z ciemnej materii a w 5 procentach z normalnej.

Znajdująca się na ilustracji mapa przedstawia najstarsze źródła światła we Wszechświecie zarejestrowane przez Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Kolory wskazują miejsca “cieplejsze” (czerwony) i “chłodniejsze” (niebieski). Owalny kształt powstał w wyniku projekcji w celu pokazania całego nieba; podobnie jak Ziemia może ono być przedstawione w takiej postaci.

Naukowcy stwierdzili, że neutrina nie mogą być głównym składnikiem ciemnej materii, narzucając silne ograniczenia na dane o ich masie. Ustalili również, że wyniki ich badań są zgodne ze szczegółowymi przewidywaniami modelu inflacyjnego.

Dane uzyskane przez SDSS stanowią silne potwierdzenie doniesień WMAPa. Uwzględnienie tych danych pozwoli poprawić dokładność pomiarów, zmniejszając o ponad połowę niepewność pomiarową związaną z wynikami WMAPa odnośnie gęstości materii i wielkości parametru Hubble’a (tempa ekspansji kosmicznej). Co więcej, nowe dane zgadzają się również ze wcześniejszym zestawieniem danych WMAPa i pomiarów przesunięcia widma galaktyk ku czerwienie wykonanych przez Anglo-Australian 2dF.

Różne galaktyki, różne instrumenty, różni ludzie i różne analizy – ale wyniki się zgadzają” – mówi Max Tegmark z University of Pennsylvania, jeden z autorów. – “Niezwykłe wnioski potrzebują niezwykłych dowodów, a teraz niezwykłe dowody przemawiające za ciemną materią i energią każą je traktować poważnie, bez względu na to, jakie zamieszanie wydają się wnosić“.

Stoimy teraz przed wyzwaniem, aby określić, czym właściwie są te tajemnicze twory” – dodaje David Weinberg z Ohio State University.

SDSS to najbardziej ambitny z przeglądów nieba, z którym związanych było ponad 200 astronomów z 13 instytucji na całym świecie.

SDSS to w rzeczywistości dwa przeglądy w jednym” – wyjaśnia James Gunn z Princeton University. Podczas najbardziej ciemnych i najpogodniejszych nocy SDSS używa szerokokątnej kamery CCD (zbudowanej przez Gunna z Princeton University i Maki Sekiguchi z Japan Participation Group), aby wykonać zdjęcia nieba w pięciu pasmach promieniowania. Celem jest określenie pozycji i jasności absolutnej ponad 100 milionów obiektów niebieskich na jednaj czwartej nieba. Skończona kamera była największym tego typu instrumentem wykorzystanym w badaniach astronomicznych, zbierała 37 giga bajtów danych na godzinę.

Podczas księżycowych lub lekko pochmurnych nocy, kamera była zastąpiona parę spektrografów (zbudowanych przez grupę Alana Uomoto z Johns Hopkins University). Przy użyciu włókien optycznych uzyskiwano widma (a więc i przesunięcia ku czerwieni) 608 obiektów na raz. W przeciwieństwie do innych wielkich teleskopów, które rozdzielają swój czas pomiędzy wielu naukowców wykonujących różne badania, 2,5 metrowy teleskop SDSS w Apache Point Observatory w Nowym Meksyku, był w całości przeznaczony na przegląd i pracował w każdą pogodną noc przez pięć lat.

Na pierwsze wypuszczone przez SDSS dane, DR1, składały się informacje o 15 milionach galaktyk, spośród których dla 100 000 znano wartość przesunięcia ku czerwieni. Wszystkie pomiary wykorzystane w publikowanych pracach są częścią drugiej części pomiarów, która jako DR2 ma zostać przekazana społeczności astronomów na początku 2004 roku.

Jak mówi Strauss, obecnie SDSS osiągnęło półmetek badań, które mają doprowadzić do poznania wartości przesunięcia widma ku czerwieni dla miliona galaktyk i kwazarów.

Co naprawdę ciekawe w tych badaniach, zasadniczo odmienne dowody pochodzące od kosmicznego promieniowania tła (CMB), obserwacji wielkich struktur i innych obserwacji kosmologicznych, składają się na taki sam obraz Wszechświata, zdominowanego przez ciemną energię i materię” – mówi Kevork Abazajian z Fermi National Accelerator Laboratory i Los Alamos National Laboratory.

Sloan Digital Sky Survey to wspólny projekt University of Chicago, Fermilab, Institute for Advanced Study, Japan Participation Group, Johns Hopkins University, Los Alamos National Laboratory, Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Max-Planck- Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, University of Pittsburgh, Princeton University, United States Naval Observatory i University of Washington.

Fundusze na projekt zapewnia Fundacja Alfreda P. Sloana, uczestniczące w projekcie instytucje, National Aeronautics and Space Administration, National Science Foundation, Departament Energii Stanów Zjednoczonych, japońskie Monbukagakusho i Max Planck Society.

Autor

Anna Marszałek