Ο ακριβέστερος χάρτης του Σύμπαντος, Baryon Oscillation Spectroscopic Survey measures the universe to one-percent accuracy

Οι ερευνητές μέτρησαν την ακτίνα των σφαιρών στις οποίες τείνουν να συγκεντρώνονται οι γαλαξίες. This is an artist's concept of the new measurement of the size of the Universe. The gray spheres show the pattern of the "baryon acoustic oscillations" from the early Universe. Galaxies today have a slight tendency to align on the spheres -- the alignment is greatly exaggerated in this illustration. By comparing the size of the spheres (white line) to the predicted value, astronomers can determine to one-percent accuracy how far away the galaxies are. Credit: Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory

Αμερικανικό πρόγραμμα για τη χαρτογράφηση του ουρανού μέτρησε με πρωτοφανή ακρίβεια τις αποστάσεις που χωρίζουν ένα εκατομμύριο γαλαξίες, και κατέληξε σε μια «στάνταρτ μεζούρα» για τη χαρτογράφηση του Σύμπαντος σε  μεγάλη κλίμακα.

Τα αποτελέσματα αναμένεται να προσφέρουν νέα στοιχεία για την καμπυλότητα του χωροχρόνου, για τις διαστάσεις του Σύμπαντος, καθώς και για τη φύση της μυστηριώδους σκοτεινής ενέργειας, η οποία επιταχύνει τη διαστολή του κόσμου.

Οι γιγάντιες σφαίρες γαλαξιών

BOSS is capturing accurate spectra for millions of astronomical objects by using 2,000 plug plates that are placed at the Sloan Foundation Telescope’s focal plane. Each of the 1,000 holes drilled in a single plug plate captures the light from a specific galaxy, quasar, or other target, and conveys its light to a sensitive spectrograph through an optical fiber. The plates are marked to indicate which holes belong to which bundles of the thousand optical fibers that carry the object’s light.

Οι κοσμολόγοι γνωρίζουν σήμερα ότι οι γαλαξίες δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι στο Σύμπαν -αντίθετα, τείνουν να συγκεντρώνονται σε γιγάντιες σφαίρες.

Η νέα μελέτη του προγράμματος BOSS (Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey) ουσιαστικά μέτρησε την ακτίνα αυτών των σφαιρών με ακρίβεια 1%. Η διάμετρος που προκύπτει είναι περίπου μισό δισεκατομμύριο έτη φωτός.

Τα αποτελέσματα της μελέτης, η οποία έχει ολοκληρωθεί κατά 90%, παρουσιάστηκαν στο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στην Ουάσινγκτον. 

Το χρυσό στάνταρτ

For each 15-minute exposure of the deep sky, astronomers plug a thousand optical fibers into a plate that fits at the focal plane of the Sloan Telescope. Each fiber feeds the light of an individual galaxy to BOSS’s advanced spectrograph. (Photo by Dan Long, Senior Operations Engineer, Apache Point Observatory)

«Είναι η ακριβέστερη μέτρηση του είδους της που έχει πραγματοποιηθεί ποτέ» υπερηφανεύεται ο Ντέιβιντ Σλέγκελ, επικεφαλής του προγράμματος Boss. «Πριν από 20 χρόνια, οι επιστήμονες τσακώνονταν για εκτιμήσεις που διέφεραν μεταξύ τους κατά 50%. Πριν από 5 χρόνια, μειώσαμε την αβεβαιότητα στο 5%, Πριν από ένα χρόνο, ήταν 2%. Η ακρίβεια του 1% θα είναι το χρυσό στάνταρτ για πολύ καιρό».

Η τάση των γαλαξιών να συγκεντρώνονται σε σφαίρες οφείλεται στις «βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις», ή ρυτιδώσεις στην κατανομή της ύλης στο Σύμπαν. Οι ρυτιδώσεις αυτές δημιουργήθηκαν στα αρχικά στάδια της ζωής του Σύμπαντος, όταν τα φωτόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια (σωματίδια που ανήκουν στην ομάδα των βαρυονίων) δημιούργησαν ισχυρά κύματα πίεσης που εξαπλώθηκαν σε όλο το Σύμπαν.

Η κατανομή των γαλαξιών ακολουθεί ακόμα και σήμερα αυτές τις ρυτιδώσεις, και η μέτρηση των αποστάσεων που χωρίζουν τις ρυτιδώσεις δίνει μια εικόνα για την εξέλιξη του Σύμπαντος και τη δομή του σε μεγάλη κλίμακα.

Το Σύμπαν είναι πράγματι «επίπεδο»

BOSS measures the three-dimensional clustering of galaxies at various redshifts, revealing their precise distance, the age of the universe at that redshift, and how fast the universe has expanded. The measurement uses a "standard ruler" based on the regular variations of the temperature of the cosmic microwave background (CMB), which reveal variations in the density of matter in the early universe that gave rise to the later clustering of galaxies and large-scale structure of the universe today. (Click on image for best resolution. Credit: Eric Huff, the SDSS-III team, and the South Pole Telescope team. Graphic by Zosia Rostomian)

Επιπλέον, όμως, η νέα μελέτη του BOSS επιβεβαιώνει ότι το Σύμπαν είναι πράγματι «επίπεδο», δηλαδή υπακούει στους νόμους της ευκλείδειας γεωμετρίας. Αυτό σημαίνει ότι, ακόμα και σε μεγάλες αποστάσεις, οι παράλληλες γραμμές δεν τέμνονται ποτέ και οι γωνίες ενός τριγώνου έχουν άθροισμα 180 μοίρες. Οι κανόνες αυτοί δεν θα ίσχυαν αν ο χώρος ήταν καμπυλωμένος, όπως για παράδειγμα στην επιφάνεια μιας σφαίρας.

Η επιπεδότητα του Σύμπαντος έχει με τη σειρά της σημασία για τον προσδιορισμό άλλων παραμέτρων, εξηγεί ο δρ Σλέγκελ.

«Ένας από τους λόγους που μας ενδιαφέρει το εάν το Σύμπαν είναι επίπεδο είναι ότι αυτό έχει σημασία για το εάν το Σύμπαν είναι άπειρο» αναφέρει ο ερευνητής.

«Αυτό σημαίνει πως είναι πιθανό το Σύμπαν να εκτείνεται επ΄άπειρο στον χώρο και θα συνεχίσει να υπάρχει για πάντα. Τα αποτελέσματά μας βρίσκονται σε συμφωνία με την ιδέα ενός άπειρου Σύμπαντος» καταλήγει.

Νέα στοιχεία για τη σκοτεινή ενέργεια

This animated flight through the universe was made by Miguel Aragon of Johns Hopkins University with Mark Subbarao of the Adler Planetarium and Alex Szalay of Johns Hopkins. There are close to 400,000 galaxies in the animation, with images of the actual galaxies in these positions (or in some cases their near cousins in type) derived from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 7. Vast as this slice of the universe seems, its most distant reach is to redshift 0.1, corresponding to roughly 1.3 billion light years from Earth. The Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) spectroscopic data in Data Release 9 includes well over half a million galaxies at redshifts up to 0.8 – roughly 7 billion light years distant – and over a hundred thousand quasars to redshift 3.0 and beyond.

Η μελέτη, τέλος, προσφέρει νέα στοιχεία για τη σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδη δύναμη που δρα αντίθετα από τη βαρύτητα και αναγκάζει το Σύμπαν να διαστέλλεται με ολοένα αυξανόμενη ταχύτητα.

Συγκεκριμένα, τα τελευταία αποτελέσματα δείχνουν να επιβεβαιώνουν ότι η σκοτεινή δύναμη είναι μια κοσμολογική σταθερά, δηλαδή έχει ίδια ένταση παντού και πάντα.

Η έρευνα βασίστηκε σε μετρήσεις των αποστάσεων που χωρίζουν τη Γη από 1,2 εκατομμύρια γαλαξίες, σε βάθος 6 δισεκατομμυρίων ετών.

Το πρόγραμμα BOSS εντάσσεται στο ευρύτερο ερευνητικό πρόγραμμα χαρτογράφησης Sloan Digital Sky Survey και αξιοποιεί το τηλεσκόπιο του Ιδρύματος Sloan στο Νιου Μέξικο.