Pokud jde o přesnost, každý usiluje o sto procent, ale měření kosmických vzdáleností ponechává trochu více náhody. Před několika dny vědci z Baryonského oscilačního spektroskopického průzkumu (BOSS) oznámili světu, že byli schopni měřit vzdálenost ke galaxiím vzdáleným více než šest miliard světelných let na úroveň spolehlivosti pouze jednoho procenta. Pokud se toto oznámení nezdá být vzrušující, pak se zamyslete nad tím, co to znamená pro jiné studie. Tato nová měření dávají parametr vlastnostem všudypřítomné „temné energie“ - zdroje univerzální expanze.
"V našem každodenním životě není mnoho věcí, které známe s přesností na jedno procento," řekl David Schlegel, fyzik z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) a hlavní vyšetřovatel BOSS. "Teď vím, že velikost vesmíru je lepší, než vím, co je v mém domě."
Výsledky výzkumného týmu představil na setkání americké astronomické společnosti astronom Harvard University Daniel Eisenstein, ředitel Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), celosvětové organizace, která zahrnuje BOSS. Jsou podrobně popsány v řadě článků předkládaných časopisům v rámci spolupráce BOSS minulý měsíc, které jsou nyní k dispozici jako online předtisky.
"Stanovení vzdálenosti je základní výzvou astronomie," řekl Eisenstein. "Vidíš něco na obloze - jak daleko je to?" Jakmile víte, jak daleko to je, naučit se o tom vše ostatní je najednou mnohem snazší. “
Pokud jde o měření vzdáleností ve vesmíru, astronomové použili mnoho metod. Měření vzdáleností k planetám bylo dosaženo pomocí radaru, ale má svá omezení a jít dále do vesmíru znamená méně přímou metodu. I když se ukázalo, že jsou úžasně přesné, stále existuje faktor nejistoty - faktor, který je vyjádřen v procentech. Například, pokud jste měli změřit vzdálenost od objektu 200 mil daleko do skutečné hodnoty 2 mil, pak jste změřili s přesností 1%. Kosmicky vzato, jen několik stovek hvězd a hrst hvězdných hvězdokup jsou ve skutečnosti dost blízko na to, aby byly jejich vzdálenosti tak přesně předpovězeny. Bydlí v Mléčné dráze a jsou odtud jen pár tisíc světelných let. BOSS se dostává do extrému ... jeho měření přesahují naše galaktické hranice, více než milionkrát dále, a mapují vesmír s bezkonkurenční přesností.
Díky těmto novým, velmi přesným měřením vzdálenosti astronomové BOSS dělají pokrok v oblasti temné energie. "Ještě nechápeme, co je temná energie," vysvětlil Eisenstein, "ale můžeme měřit jeho vlastnosti. Poté porovnáme tyto hodnoty s tím, co očekáváme, že budou vzhledem k současnému pochopení vesmíru. Čím lepší jsou naše měření, tím více se můžeme učit. “
Jak se to dělá? Dosáhnout jednoprocentního měření za šest miliard světelných let není tak snadné jako měření objektu sluneční soustavy nebo dokonce jednoho z našich galaxií. To je místo, kde BOSS přichází do hry. Je to největší ze čtyř projektů, které tvoří Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), a byl postaven, aby využil této techniky: měření tzv. „Baryonových akustických oscilací“ (BAO), subtilních periodických vln distribuce galaxií ve vesmíru. Tyto vlnky jsou podpisem tlakových vln, které kdysi křižovaly raný vesmír v době, kdy byly věci tak horké a husté, že fotony pochodovaly spolu s baryony - látka, která vytváří jádra atomů. Protože je známa velikost zvlnění, lze tuto velikost nyní měřit mapováním galaxií.
"Při těchto měřeních galaxie nám příroda poskytla nádherného vládce," řekla Ashley Rossová, astronomka z University of Portsmouth. "Pravítko je dlouhé půl miliardy světelných let, takže jej můžeme použít k přesnému měření vzdáleností, a to i z velmi daleko.
Díky své specializované instrumentaci, která dokáže provádět podrobná měření tisíc galaxií najednou, BOSS přijal obrovskou výzvu - zmapování umístění více než milionu galaxií. "Za jasné noci, kdy všechno jde perfektně, můžeme na mapu přidat více než 8 000 galaxií a kvazárů," řekl Kaike Pan, který vede tým pozorovatelů na dalekohledu SDSS-III Sloan Foundation 2,5 metru v observatoře Apache Point v Nové Mexiko.
Ačkoli výzkumný tým BOSS představil své časné mapy galaxií a zahájil měření BAO před rokem, tato nová data pokrývají dvakrát tolik území a poskytují ještě přesnější měření - včetně těch pro blízké galaxie. "Provedení těchto měření na dvou různých vzdálenostech nám umožňuje vidět, jak se expanze vesmíru v průběhu času měnila, což nám pomůže pochopit, proč se zrychluje," vysvětlil astronomka University of Portsmouth Rita Tojeiro, která spolupředsedá shlukování galaxií BOSS pracovní skupina spolu s Jeremym Tinkerem z New York University.
Podobné studium také provádí Mariana Vargas-Magana, postdoktorandka na Carnegie Mellon University. Aby umožnila ještě větší přesnost, zkoumá jemné efekty, které by mohly ovlivnit měření BOSS. "Když se snažíte dosáhnout jednoho procenta, musíte být paranoidní o všem, co by se mohlo pokazit i trochu špatně," řekl Vargas-Magana - například malé rozdíly ve způsobu identifikace galaxií by mohly odhazovat celé měření jejich distribuce, takže různé části oblohy musely být pečlivě zkontrolovány. "Naštěstí," řekl Vargas-Magana, "v našem týmu je spousta pečlivých lidí, aby zkontrolovali naše předpoklady." Než budou všichni spokojeni, jsme si jistí, že nám nic neuniklo. “
Od nynějška by se tyto nové objevy BOSS zdály být v souladu s tím, co považujeme za formu temné energie - konstantu nalezenou v celé historii vesmíru. Podle zprávy je tato „kosmologická konstanta“ jedním z pouhých šesti čísel potřebných k vytvoření modelu, který se shoduje s měřítkem a strukturou vesmíru. Schlegel porovnává tento šestimístný model se skleněnou tabulí, která je připevněna na místě pomocí šroubů, které představují různá měření historie vesmíru. "BOSS má nyní jeden z nejpřísnějších z těchto šroubů a my jsme mu dali další půl otáčky," řekl Schlegel. "Pokaždé, když narostete napětí a sklo se nerozbije, je to úspěch modelu."
Původní zdroj příběhu: Sloan Digital Sky Survey III News Release. Pro další čtení: Max Planck Institute News Release.
