Αστροφυσική, Διάστημα

Μακρινοί γαλαξίες επιβεβαιώνουν την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας και ότι το σύμπαν είναι επίπεδο

Μια νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature δείχνει ότι το σύμπαν είναι επίπεδο και αποτελείται κυρίως από την μυστηριώδη αντιβαρύτητα, την «σκοτεινή ενέργεια».

Share

Μια νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature δείχνει ότι το σύμπαν είναι επίπεδο και αποτελείται κυρίως από την μυστηριώδη αντιβαρύτητα, την «σκοτεινή ενέργεια».  

galaxy_pairΜια εικόνα του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Hubble, ενός ζεύγους σπειροειδών γαλαξιών με βραχίονες που στρέφονται, που βρίσκεται στον αστερισμό του Δράκου, κάπου 350 εκατομμύρια έτη φωτός. Ο προσανατολισμός εκατοντάδων γαλαξιακών ζευγών σαν το πιο πάνω, που ενώ κανονικά θα έπρεπε να είναι τυχαίος, μπορεί να βοηθήσει στην αποκάλυψη στρεβλώσεων που προκαλούνται από την διαστολή του σύμπαντος και στην επιβεβαίωση του στάνταρτ κοσμολογικού μοντέλου

Όπως ξέρουμε από τη Γενική Σχετικότητα η καμπυλότητα του σύμπαντος επηρεάζει την εικόνα που βλέπουν οι αστρονόμοι καθώς παρατηρούν το σύμπαν, γιατί ο ιστός του χωροχρόνου καμπυλώνει το φως που προέρχεται από ένα μακρινό αντικείμενο στο διάστημα.  Οι Christian Marinoni και Adeline Buzzi οι Christian Marinoni και Adeline Buzzi  από το Πανεπιστήμιο της Προβηγκίας, χρησιμοποίησαν αυτή την ανωμαλία σε μια έρευνά τους και με τη βοήθεια ενός τηλεσκοπίου  μέτρησαν τον βαθμό στον οποίο παραμορφώνεται η εικόνα που λαμβάνεται από μακρινά αστρονομικά αντικείμενα.

Το σύμπαν φαινόταν να μην είναι επίπεδο, λένε, γιατί τα τηλεσκοπία παραμορφώνουν τα είδωλα, αλλά η πραγματική εικόνα των αντικειμένων είναι διαφορετική από αυτή που βλέπουμε καθώς η δομή του χώρου και του χρόνου καμπυλώνει το φως που προέρχεται από αυτά.

Επιτάχυνση λόγω σκοτεινής ενέργειας

Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, δύο ομάδες αστρονόμων κατέπληξαν την επιστημονική κοινότητα με τη διαπίστωση ότι το σύμπαν επιταχύνεται καθώς διαστέλλεται, κατά κάποιο τρόπο με μια ακατανίκητη αντι-βαρύτητα, ενώ η βαρύτητα έπρεπε να επιβραδύνει υην διαστολή. Ο ένοχος γι αυτό το κοσμικό ‘γκάζι’ ακούει στο όνομα «σκοτεινή ενέργεια», η οποία είναι ένα αινιγματικό παρατσούκλι για κάτι που παραμένει δύσκολα κατανοητό.

«Έχουμε μια εκπληκτικά απλή εικόνα του σύμπαντος», λέει ο αστροφυσικός Michael Strauss από το Πανεπιστήμιο του Princeton. "Φυσικά, δεν καταλαβαίνω αυτήν την εικόνα – και δεν ξέρουμε τι ακριβώς είναι αυτή η σκοτεινή ενέργεια, ούτε και η σκοτεινή ύλη." Η σκοτεινή ύλη, άλλη μια μυστηριώδη αόρατη οντότητα, αποκαλύπτεται μόνο μέσω της βαρυτικής έλξης της πάνω στην κανονική ύλη.

Όμως, η σκοτεινή ενέργεια – όποια κι αν είναι – είναι εκεί έξω, σύμφωνα με ορισμένες μετρήσεις που έχουν γίνει από τότε που εντοπίστηκε για πρώτη φορά. Τώρα, οι δύο Γάλλοι ερευνητές έχουν προσθέσει κι άλλα αποδεικτικά στοιχεία, επιβεβαιώνοντας την παρουσία της σκοτεινής ενέργειας, μέσω ενός ανεξάρτητου ελέγχου που επιβεβαιώνει την επίδραση των κοσμικών παραμέτρων στην εμφάνιση ορισμένων μακρινών γαλαξιακών ζευγών.

Δεν υπάρχουν κοσμολογικοί δείκτες αποστάσεων

Για να καθορίσουμε τη θέση που βρίσκεται ένα μακρινό αντικείμενο μέσα στο διάστημα θέλει αρκετή δουλειά, γιατί το σύμπαν έχει έλλειψη από καθαρούς δείκτες των αποστάσεων. Οι αστρονόμοι και οι κοσμολόγοι μπορούν να συναγάγουν την τρισδιάστατη θέση ενός άστρου ή γαλαξία μετρώντας την ερυθρή μετατόπιση του μήκους κύματος, η οποία δεν αποκαλύπτει ακριβώς την πραγματική απόσταση από το αντικείμενο, αλλά πόσο έχει ‘τεντωθεί’ το μήκος κύματος του εκπεμπόμενου φωτός λόγω της διαστολής του σύμπαντος. Στη συνέχεια, με μερικές υποθέσεις σχετικά με την καμπυλότητα και το περιεχόμενο του σύμπαντος, οι επιστήμονες μπορούν να βρουν τις αποστάσεις των εν λόγω αντικειμένων από την μετατόπιση προς το ερυθρό (redshift). (Ο χώρος μπορεί να έχει είτε θετική καμπυλότητα, όπως είναι η επιφάνεια μιας σφαίρας, είτε αρνητική καμπυλότητα, όπως η επιφάνεια μιας σέλας. Μόνο σε ένα επίπεδο σύμπαν μπορεί ο χώρος να υπακούει στους γνωστούς κανονικούς νόμους της γεωμετρίας, πχ ότι οι γωνίες ενός τριγώνου κάνουν ακριβώς 180 μοίρες και οι παράλληλες ευθείες ποτέ δεν τέμνονται).

Μια δοκιμή για να καθορίσουν οι αστρονόμοι τη γεωμετρία και το περιεχόμενο του σύμπαντος προτάθηκε το 1979 από τον Charles Alcock, στο Κέντρο για την Αστροφυσική του Harvard και στον Bohdan Paczynski, ο οποίος ήταν καθηγητής στο Princeton μέχρι το θάνατό του το 2007. Οι ερευνητές τόνισαν ότι αν ψάχνετε την κατανομή των γαλαξιών, και την παρατηρείτε με λάθος κοσμολογία, θα καταλήξετε με ένα διαστρεβλωμένο κυκεώνα", λέει ο Strauss. “Αντικείμενα που διαφορετικά θα ήταν σφαιρικά θα έμοιαζαν στρεβλωμένα."

Ο Christian Marinoni μαζί με την Adeline Buzzi, έκαναν μια νέα προσέγγιση για να εξετάσουν την προταθείσα δοκιμή των Alcock-Paczynski, εστιάζοντας στην ξεχωριστή ευθυγράμμιση εκατοντάδων γαλαξιακών δυαδικών συστημάτων. Ο προσανατολισμός αυτών των ζευγών που δεσμεύονται με τις βαρυτικές δυνάμεις θα πρέπει να είναι εντελώς τυχαίος, όπως φαίνεται από την θέση μας μέσα στο ηλιακό σύστημα.

"Εκείνοι οι γαλαξίες δεν έχουν ιδέα ότι είμαστε εδώ και τους παρακολουθούμε, έτσι ο προσανατολισμός είναι μόνο μια τυχαία μεταβλητή," λέει ο Michael Strauss. Φανταστείτε δύο σημεία στις αντίθετες πλευρές μιας σφαίρας – όταν κυλίεται η σφαίρα αποκαλύπτει όλους τους διαφορετικούς προσανατολισμούς, όπως μπορεί να πάρει κι ένα ζεύγος γαλαξιών για κάθε παρατηρητή, από οριζόντιο έως ένα κατακόρυφο προσανατολισμό, με κάθε γωνιακή κλίση.

Όμως, η γεωμετρία και η διαστολή του σύμπαντος μπορεί να στρεβλώσουν τους φαινόμενους προσανατολισμούς. Χωρίς τις κατάλληλες διορθώσεις για την κατασκευή και το σχήμα του σύμπαντος, θα δούμε διαστρεβλωμένο τον προσανατολισμό ενός δυαδικού γαλαξιακού συστήματος. "Ο φαινομενικός  προσανατολισμός είναι μεροληπτικός, γιατί γίνεται με την ερυθρή μετατόπιση," λέει ο Marinoni λέει. Και ερυθρή μετατόπιση εξαρτάται από το πόσο πολύ διαστέλλεται το σύμπαν.

Η λύση στο πρόβλημα της στρέβλωσης

Τροποποιώντας τη γεωμετρία του σύμπαντος και τη φύση της σκοτεινής ενέργειας, οι ερευνητές διόρθωσαν την εικόνα που βλέπουμε έως ότου τα γαλαξιακά ζευγάρια να παρατηρούνται σωστά από όλες τις κατευθύνσεις, όπως θα αναμενόταν. Με αυτή την τεχνική οι Marinoni και Buzzi επιβεβαίωσαν δύο δόγματα του σημερινού κοσμολογικού μοντέλου: ότι το σύμπαν είναι ένας επίπεδος χώρος και ότι κυριαρχείται από την σκοτεινή ενέργεια, η οποία αποτελεί περίπου τα 2/3 του σύμπαντος, η οποία μοιάζει πολύ με την φημισμένη κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν. (Το υπόλοιπο προέρχεται κυρίως από την σκοτεινή ύλη και την συνηθισμένη ύλη, η οποία συμβάλλει μόλις με το 4% στη συνολική σύνθεση του σύμπαντος.)

"Βλέπουμε μια στρεβλωμένη εικόνα από αυτά τα ζευγάρια, αλλά όταν υπολογίσουμε την επίπεδη καμπυλότητα του σύμπαντος, αλλά και την σωστή ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας, τότε αμέσως θα δούμε την σωστή ισοτροπική [συμμετρική] διευθέτηση αυτών των ζευγών”, λέει ο Marinoni.

Για να το καταφέρουν, οι ερευνητές μέτρησαν τον προσανατολισμό από 721 γειτονικούς μας ή με χαμηλή ερυθρή μετατόπιση, δυαδικών γαλαξιακών συστημάτων, που βρίσκονταν στα αρχεία δεδομένων του Sloan Digital Sky Survey, βαθμονομώντας υα λαμβάνοντας υπ’ όψη τη συμβολή των ταχυτήτων των ίδιων των γαλαξιών. Κάνοντας την παραδοχή ότι τα κοντινά τέτοια ζεύγη κινούνται με τον ίδιο τρόπο με εκείνα στο μακρινό σύμπαν, οι ερευνητές εφάρμοσαν τη βαθμονόμηση τους σε 509 μακρινά ζεύγη, ή με υψηλή ερυθρή μετατόπιση, για να απομονώσουν τον πραγματικό προσανατολισμό τους.

Πηγή: Scientific American

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share