Vědci ze Sloan Digital Sky Survey (SDSS), aplikující špičkovou počítačovou vědu na množství nových astronomických dat, dnes zveřejnili první robustní detekci kosmického zvětšení na velkých měřítcích, což je předpověď Einsteinovy obecné teorie relativity aplikovaná na distribuci galaxií. , temná hmota a vzdálené kvasary.
Tato zjištění, přijatá k publikaci v The Astrophysical Journal, podrobně popisují drobné deformace, kterým světlo prochází, když putuje ze vzdálených kvasarů skrz síť temné hmoty a galaxií, než se dostanou k pozorovatelům zde na Zemi.
Objev SDSS končí dvou desetiletým rozporem mezi dřívějšími změnami zvětšení a dalšími kosmologickými testy vztahu mezi galaxiemi, tmavou hmotou a celkovou geometrií vesmíru.
"Zkreslení tvarů pozadí galaxií v důsledku gravitačních čoček bylo poprvé pozorováno před deseti lety, ale nikdo nebyl schopen spolehlivě detekovat zvětšení části čočkového signálu," vysvětlil hlavní výzkumný pracovník Ryan Scranton z University of Pittsburgh.
Jak světlo vydává svou 10 miliardiletou cestu ze vzdáleného kvasaru, je vychýleno a zaostřeno gravitačním tahem temné hmoty a galaxií, což je efekt známý jako gravitační čočka. Vědci SDSS definitivně změřili mírné zjasnění nebo „zvětšení“ kvasarů a spojili účinek s hustotou galaxií a tmavé hmoty podél cesty kvasarového světla. Tým SDSS detekoval toto zvětšení v jasu 200 000 kvasarů.
Zatímco gravitační čočka je základní predikcí Einsteinovy obecné relativity, objev spolupráce SDSS přidává nový rozměr.
„Pozorování efektu zvětšení je důležitým potvrzením základní predikce Einsteinovy teorie,“ vysvětlil spolupracovník SDSS Bob Nichol z University of Portsmouth (UK). "Rovněž nám poskytuje zásadní kontrolu konzistence standardního modelu vyvinutého k vysvětlení souhry galaxií, shluků galaxií a temné hmoty."
Astronomové se snaží měřit tento aspekt gravitačních čoček dvě desetiletí. Signál zvětšení je však velmi malý efekt - tak malé, jak jen pár procent, se zvyšuje světlo přicházející z každého kvasaru. Detekce takové malé změny vyžadovala velmi velký vzorek kvasarů s přesným měřením jejich jasu.
"I když v minulosti mnoho skupin hlásilo detekce kosmického zvětšení, jejich datové soubory nebyly dostatečně velké nebo přesné na to, aby umožnily definitivní měření, a výsledky bylo obtížné sladit se standardní kosmologií," dodal Brice Menard, výzkumný pracovník v Institut pro pokročilé studium v Princetonu, NJ.
Průlom přišel začátkem tohoto roku pomocí přesně kalibrovaného vzorku 13 milionů galaxií a 200 000 kvasarů z katalogu SDSS. Plně digitální data dostupná z SDSS vyřešila mnoho technických problémů, které trápily dřívější pokusy změřit zvětšení. Klíčem k novému měření však byl vývoj nového způsobu, jak najít kvasary v datech SDSS.
"Vzali jsme špičkové nápady ze světa informatiky a statistiky a aplikovali je na naše data," vysvětlil Gordon Richards z Princetonské univerzity.
Richards vysvětlil, že pomocí nových statistických technik byli vědci SDSS schopni extrahovat vzorek kvasarů 10krát větší než konvenční metody, což umožňuje mimořádnou přesnost potřebnou k nalezení signálu zvětšení. "Naše jasná detekce signálu čočky nemohla být provedena bez těchto technik," uzavřel Richards.
Nedávná pozorování distribuce galaxií ve velkém měřítku, kosmické mikrovlnné pozadí a vzdálené supernovy vedly astronomy k vývoji „standardního modelu“ kosmologie. V tomto modelu představují viditelné galaxie pouze malý zlomek celé hmoty vesmíru, zbytek tvoří temná hmota.
Abychom však mohli sladit předchozí měření signálu kosmického zvětšení s tímto modelem, bylo nutné učinit nepravděpodobné předpoklady o tom, jak jsou galaxie distribuovány vzhledem k dominantní temné hmotě. To vedlo některé k závěru, že základní kosmologický obraz byl nesprávný nebo alespoň nekonzistentní. Přesnější výsledky SDSS však naznačují, že předchozí datové soubory pravděpodobně nevyhovovaly výzvě měření.
"Díky kvalitním údajům z SDSS a naší mnohem lepší metodě výběru kvasarů jsme tento problém odložili," řekl Scranton. "Naše měření souhlasí se zbytkem toho, co nám vesmír říká, a otravná neshoda je vyřešena."
"Nyní, když jsme prokázali, že můžeme provést spolehlivé měření kosmického zvětšení, bude dalším krokem jeho použití jako nástroje ke studiu interakce mezi galaxiemi, tmavou hmotou a světlem mnohem podrobněji," řekl Andrew Connolly univerzity v Pittsburghu.
Původní zdroj: SDSS News Release
