Κβάζαρς καταγράφουν τη διαστολή του Σύμπαντος

Οι επιστήμονες του προγράμματος BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), ανακοίνωσαν ότι ο ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος στο παρελθόν διαφέρει από το σημερινό.

---

---

Η ιστορία του Σύμπαντος χωρίζεται χονδρικά σε τρεις εποχές, ανάλογα με το κύριο αίτιο που ευθύνεται για την εξέλιξή του. Τα πρώτα 47.000 χρόνια μετά τη δημιουργία του, στο Σύμπαν επικρατούσε η ακτινοβολία. Στη συνέχεια και για 5 δισεκατομμύρια χρόνια εξελίχθηκε η εποχή της επικράτησης της ύλης, ενώ η τρίτη εποχή στην οποία βρισκόμαστε ακόμη, είναι η εποχή της σκοτεινής ενέργειας.

Η εξέλιξη του Σύμπαντος

Οι ερευνητές του BOSS μέτρησαν το ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος πριν από 10.8 δισεκατομμύρια χρόνια, μία εποχή στην οποία η σκοτεινή ενέργεια δεν είχε γίνει ακόμη ο βασικός ρυθμιστής στην εξέλιξη του Σύμπαντος. H μέτρησή τους για το ρυθμό διαστολής είναι η πιο ακριβής που έχει πραγματοποιηθεί ποτέ, με αβεβαιότητα μόλις 2%.

Για να πετύχουν την ακρίβεια αυτή, οι αστρονόμοι παρατήρησαν 164.000 κβάζαρς. Τα κβάζαρ, μακρινοί γαλαξίες με πολύ ενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στον πυρήνα τους, είναι από τα πιο φωτεινά αντικείμενα στον ουρανό, καθώς τα αντικείμενα που παγιδεύονται από το βαρυτικό πεδίο της μαύρης τρύπας επιταχύνονται προς αυτή και εκπέμπουν ακτινοβολία.

Ο τρόπος για τη μέτρηση της διαστολής του Σύμπαντος, βασίζεται στην ιδέα των Βαρυονικών Ακουστικών Ταλαντώσεων (Baryon Acoustic Oscillations - BAO), ηχητικά κύματα δηλαδή που ταξίδευαν σε περιοχές του πρώιμου Σύμπαντος που περιείχαν ύλη. Επειδή τα κβάζαρ σχηματίζονται σε περιοχές με υψηλή πυκνότητα ύλης, το αποτύπωμα των BAO σε αυτά είναι ισχυρό: μοιάζει με ένα δαχτυλίδι διαμέτρου εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών φωτός που περιβάλλει το γαλαξιακό πυρήνα.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση των νέων μετρήσεων για το μέγεθος του Σύμπαντος. Οι γκρίζες σφαίρες δείχνουν τη μορφή των Βαρυονικών Ακουστικών Ταλαντώσεων (BAO) από το νεαρό Σύμπαν. Οι γαλαξίες σήμερα έχουν μία μικρή τάση στο να ευθυγραμμιστούν σ αυτές τις σφαίρες (η οποία είναι υπερβολική στην αναπαράσταση). Συγκρίνοντας το μέγεθος των σφαιρών (άσπρη γραμμή) με την προβλεπόμενη τιμή, οι αστρονόμοι μπορούν να καθορίσουν το πόσο μακριά βρίσκονται οι γαλαξίες.
Credit: Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory

Συγκρίνοντας το δαχτυλίδι αυτό με την απόσταση που θα έπρεπε να είχαν διανύσει το κύματα εάν δεν υπήρχε διαστολή στο Σύμπαν, οι ερευνητές εξήγαγαν τα συμπεράσματά τους για τη διαστολή του Σύμπαντος, την εποχή που τα κβάζαρ εξέπεμψαν το φως τους, όταν δηλαδή το Σύμπαν ήταν περίπου 3 δισεκατομμυρίων ετών.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση της ιδέας για τις Βαρυονικές Ακουστικές Ταλαντώσεις (BAO) όπως αυτές αποτυπώθηκαν στο νεαρό Σύμπαν.
Credit: Illustration courtesy of Chris Blake and Sam Moorfield

Σύμφωνα το BOSS, το οποίο έχει εξάγει και δεδομένα για το τι συνέβαινε πριν από 6 δισεκατομμύρια χρόνια, η διαστολή του Σύμπαντος σήμερα και στο παρελθόν δεν ήταν η ίδια. Πιστεύεται μάλιστα πως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και αφότου τελείωσε η εποχή του πληθωρισμού, η διαστολή του Σύμπαντος επιβραδύνθηκε αλλά με ένα μυστηριώδη τρόπο άρχισε να επιταχύνεται πριν από 7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Οι δύο εικόνες συγκρίνουν τα προηγούμενα αποτελέσματα από το SDSS-II DR7 LRGs (πάνω εικόνα) με τα νέα αποτελέσματα από το BOSS DR9 (κάτω εικόνα). Φαίνεται ότι το σφάλμα των νέων μετρήσεων είναι μικρότερο από των προηγούμενων.

Ιστόγραμμα για την πυκνότητα των γαλαξιών συναρτήσει της ερυθρής μετατόπισης. Με κόκκινο είναι οι γαλαξίες με χαμηλή ερυθρή μετατόπιση LOWZ (z=0,32) και με πράσινο με υψηλή ερυθρή μετατόπιση CMASS (z=0,57). Με μπλε είναι τα προηγούμενα δεδομένω από το SDSS-II DR7.

Οι επιστήμονες πιστεύουν πως οι μετρήσεις αυτές θα βοηθήσουν την κοινότητα να απαντήσει κάποτε στο ερώτημα της φύσης της σκοτεινής ενέργειας. Το BOSS είναι το μεγαλύτερο πρόγραμμα στην τρίτη φάση του Sloan Digital Sky Survey, ένα από τα πιο φιλόδοξα σχέδια στην ιστορία της αστρονομίας που καταγράφει τον ουρανό.

Κατηγορίες: Αστρονομία, Αστροφυσική, Κοσμολογία, Σύμπαν
Λέξεις κλειδιά: Βαρυονικές Ακουστικές Ταλαντώσεις, Baryon Acoustic Oscillations

physics4u, phys.org, arxiv.org, sdss3.org, iopscience