Na základě pozorování 3 000 kvasarů objevených Sloan Digital Sky Survey (SDSS) provedli vědci dosud nejpřesnější měření kosmického shlukování difúzního vodíku. Tyto kvasary - 100krát více, než byly použity v takových analýzách v minulosti - jsou ve vzdálenosti osmi až deseti miliard světelných let, což je činí mezi nejvzdálenějšími známými objekty.
Vlákna plynu mezi kvazary a Zemí absorbují světlo ve spektrech kvasaru, což vědcům umožňuje mapovat distribuci plynu a měřit, jak je plyn nemotorný na stupnici jednoho milionu světelných let. Stupeň shlukování tohoto plynu zase může odpovídat na základní otázky, jako je to, zda mají neutrina hmotnost a jaká je povaha temné energie, předpokládá se, že řídí zrychlené rozšiřování vesmíru.
"Vědci již dlouho studovali shlukování galaxií, aby se dozvěděli o kosmologii," vysvětlil Uros Seljak z Princeton University, jeden z vědců SDSS. „Fyzika formování a shlukování galaxií je však velmi komplikovaná. Zejména proto, že většinu hmoty vesmíru tvoří temná hmota, vzniká nejistota z našeho nepochopení vztahu mezi distribucí galaxií (které vidíme) a temnou hmotou (kterou nevidíme) ale kosmologické modely předpovídají). “ Předpokládá se, že plynová vlákna pozorovaná v kvazarových spektrech jsou distribuována velmi podobně jako temná hmota, což odstraňuje tento zdroj nejistoty.
"Už několik let víme, že kvazarová spektra jsou jedinečným nástrojem ke studiu distribuce temné hmoty v raných vesmírech, ale díky kvantitě a kvalitě dat SDSS se tato vize stala skutečností," řekl David Weinberg z Ohio State University. , člen týmu SDSS. "Je úžasné, že se můžeme dozvědět tolik o struktuře vesmíru před 10 miliardami let."
Seljak a jeho spolupracovníci na SDSS kombinovali analýzu kvasarových spekter s měřeními shluků galaxií, gravitačních čoček a vln v pozadí kosmického mikrovlnného záření pozorovaného NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). To dává dosud nejlepší odhodlání shlukování hmoty ve vesmíru od měřítka jednoho milionu světelných let po mnoho miliard světelných let. Tento podrobný pohled umožňuje podrobné srovnání s teoretickými modely pro historii a složky vesmíru.
„Toto je dosud nejpřísnější test předpovědí kosmologického modelu inflace; inflace prochází s létajícími barvami, “dodal Seljak.
Inflační teorie uvádí, že hned po Velkém třesku vesmír prošel obdobím extrémně rychlého zrychlení, během kterého byly malé fluktuace transformovány na astronomické vrásky v časoprostoru, což bylo nakonec pozorovatelné při shlukování astronomických objektů. Teorie inflace předpovídá velmi specifickou závislost stupně shlukování s měřítkem, což současná analýza silně podporuje. Jiné scénáře, jako je teorie cyklického vesmíru, vytvářejí velmi podobné předpovědi a jsou také v souladu s nejnovějšími výsledky.
První analýzy týmu WMAP a dalších naznačily odchylky kosmického shlukování od predikce inflace. Pokud by to bylo správné, vyžadovalo by to zásadní revizi současného paradigmatu pro vznik struktury ve vesmíru.
"Nová data a odpovídající analýza podstatně zlepšují přesnost pozorování tohoto testu," řekl Patrick McDonald z Princeton University a jeden z autorů nálezu. "Nové výsledky jsou téměř v dokonalé shodě s inflací."
"Shlukování hmoty je precizní a výkonný test kosmologických modelů a současná analýza je v souladu s našimi rozšířenými studiemi a rozšiřuje naše předchozí studie," souhlasil Adrian Pope z Johns Hopkins University, který provedl dřívější analýzu shlukování galaxií SDSS. .
Nová analýza také poskytuje nejlepší informace o hmotnosti neutrina. Terestiální experimenty, které vyústily v Nobelovu cenu za fyziku z roku 2002, definitivně ukázaly, že neutrina mají hmotnost, ale tyto experimenty dokázaly změřit pouze rozdíl hmotnosti mezi třemi známými typy neutrin. Přítomnost neutrin by měla vliv na kosmické shlukování na měřítkách miliónů světelných let, přesně na stupnice zkoumané kvasarovými spektry.
Nová analýza naznačuje, že nejlehčí neutrinová hmota musí být menší než dvojnásobek dříve změřeného hmotnostního rozdílu. Nová měření také vylučují možnost další masivní neutrinové rodiny navržené některými pozemskými experimenty.
"Kosmologie, věda velmi rozsáhlá, nám dokáže říci o vlastnostech základních částic, jako jsou neutrina," řekl Lam Hui z Laboratoře amerického ministerstva energetiky Fermi National Accelerator Laboratory, která provádí nezávislou analýzu těchto látek data, společně se Scottem Burlesem z MIT a dalšími.
Nová analýza také poskytuje další podporu pro existenci temné energie a naznačuje, že temná energie se v čase nemění. Tato analýza poskytuje nejlepší limity pro její dosavadní časový vývoj.
"Zatím se neobjevil žádný důkaz temné energie měnící se v čase a možnost, že vesmír bude v budoucnu roztrhán velkým roztržením, je těmito novými výsledky podstatně snížena," řekl Alexey Makarov z Princetonské univerzity, který také vzal podílet se na tomto výzkumu.
Původní zdroj: SDSS News Release
