Ο μεγαλύτερος τρισδιάστατος γαλαξιακός χάρτης για να εξεταστεί η ιστορία της σκοτεινής ενέργειας

Πηγή: NewScientist, 15 Αυγούστου 2008

Οι κοσμικοί χαρτογράφοι αρχίζουν να εργάζονται για το μεγαλύτερο τρισδιάστατο χάρτη του Κόσμου που έγινε μέχρι τώρα. Θα μας αποκαλύψει ένα κυματιστό τοπίο που σμιλεύτηκε από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης, και να μας δώσει μια ένδειξη για την ελλοχεύουσα μορφή του χώρου και τη φύση της "σκοτεινής ενέργειας" που αναγκάζει τον Κόσμο να διαστέλλεται.

Η Ψηφιακή Έρευνα του Ουρανού Sloan (SDSS) έχει φτιάξει τους πιο λεπτομερείς τρισδιάστατους χάρτες των σχετικά κοντινών μας γαλαξιών. Η Γη είναι στο κέντρο αυτών των τομέων, και κάθε σημείο αντιπροσωπεύει έναν γαλαξία, με τον εξωτερικό κύκλο να είναι σε μια απόσταση 2 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Η περιοχή μεταξύ των τομέων δεν χαρτογραφήθηκε από την SDSS, επειδή η σκόνη στον Γαλαξία μας κρύβει την θέα του απόμακρου Κόσμου σε αυτές τις κατευθύνσεις.

Το πρόγραμμα Sloan III είναι το τελευταίο από μια ακολουθία ερευνών του ουρανού, που χρησιμοποιεί ένα ειδικό ευρυγώνιο τηλεσκόπιο στο Sunspot του Νέου Μεξικού. Μετά την ολοκλήρωση των ερευνών Sloan Ι και ΙΙ, η κάμερα και η οπτική του τηλεσκοπίου αυτού έχουν βελτιωθεί κάνοντας το ένα πολύ ευαίσθητο όργανο. Έχει γίνει, επίσης, και μια μετατόπιση στη στρατηγική, λέει ο Daniel Eisenstein, διευθυντής του νέου προγράμματος στο πανεπιστήμιο της Αριζόνα.

Ενώ ένα μεγάλο μέρος της προσπάθειας στις προηγούμενες έρευνες αφιερώθηκε στους σχετικά κοντινούς γαλαξίες, ο κύριος στόχος του προγράμματος Sloan III θα είναι να σχεδιαστούν οι θέσεις των φωτεινότερων γαλαξιών, σε μια απόσταση περίπου 8 δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Με τις θέσεις αυτών των εκατομμυρίων γαλαξιών σε έναν τέτοιο μεγάλης κλίμακας χάρτη, η ομάδα αναμένει να δει να αναδύεται ένα λεπτό μοτίβο. Οι ερευνητές ψάχνουν συγκεκριμένα να βρουν το λείψανο ενός αρχαιότερου σχεδίου, και το οποίο φαίνεται στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου που εκπέμφθηκε 380.000 χρόνια μετά από το big bang.

Αυτή η πρωταρχική ακτινοβολία στη συνέχεια - με τη μορφή κοσμικών ηχητικών κυμάτων - ταξίδευε μέσω του πυκνού, καυτού πρώιμου σύμπαντος.

Σε αυτό το κοσμικό 'τραγούδι', μια ειδική νότα ήταν δυνατότερη από τις υπόλοιπες, και επιζεί έως σήμερα ως χαρακτηριστικό μήκος κύματος στις συγκεντρώσεις των γαλαξιών. Ο δε τρόπος με τον οποίο είναι διασκορπισμένοι σήμερα οι γαλαξίες σε όλο το μήκος και πλάτος του Σύμπαντος, φανερώνει ότι οι γαλαξίες σχηματίστηκαν κατά μήκος αυτών των κοσμικών κυματισμών που δημιουργήθηκαν  μετά το Big Bang.

"Οι γαλαξίες είναι ελαφρώς πιθανότερο να απέχουν κατά μέσον όρο 500 εκατομμύρια έτη φωτός παρά 400 ή 600 εκατομμύρια έτη φωτός," λέει ο Eisenstein. Με τη χάραξη των θέσεων εκατομμυρίων γαλαξιών, η ομάδα Sloan αναμένει να δει αυτό το μοτίβο σε μεγάλες περιοχές του Κόσμου.

Νέφη αερίου

Οι ερευνητές ελπίζουν, επίσης, να δουν αυτό το μοτίβο των αποστάσεων στη συγκέντρωση του διαγαλαξιακού αερίου, η παρουσία του οποίου αποκαλύπτεται από την απορρόφηση που κάνουν στο φως από τα απόμακρα κβάζαρ. "Είναι η πρώτη φορά που έγινε αυτή η έρευνα," τονίζει ο Eisenstein.

Το στάνταρτ μήκος της κλίμακας μπορεί έπειτα να χρησιμοποιηθεί για να μετρηθεί ο Κόσμος. Το φαινόμενο μέγεθός του σύμπαντος λέει στους αστρονόμους πόσο μακριά μπορούν να δουν, ενώ μπορεί έπειτα να γίνει το διάγραμμα αυτής της απόστασης ως προς το redshift - την μετατόπιση προς το ερυθρό του φωτός που προκαλείται από την διαστολή του Κόσμου - για να μας δώσει την ιστορία της κοσμικής επέκτασης.

Κι αυτό είναι ένα βήμα για να μάθουμε ποιες δυνάμεις κάνουν παιχνίδι στον Κόσμο. Βλέποντας πώς αλλάζει η επιτάχυνση θα αποκαλυφθεί εάν η σκοτεινή ενέργεια γίνεται ισχυρότερη ή πιο ασθενής, ή μένει ακριβώς η ίδια. Συνδυασμένη με τις παρατηρήσεις των σουπερνοβών και άλλων αστρονομικών στοιχείων, η έρευνα Sloan III πρέπει να μας δώσει τα καλύτερα δεδομένα αυτού του κοσμικού γρίφου.

Κυρτός χώρος

Αυτός ο κοσμικός "κανόνας' θα μπορούσε επίσης να μας δείξει τη μορφή του χωροχρόνου. Εάν ο χωροχρόνος είναι κυρτός στις μεγάλες κλίμακες, θα μεγέθυνε ή θα μίκρυνε το φαινόμενο μέγεθος των πολύ απόμακρων αντικειμένων - όπως είναι το μήκος ο ίδιου του 'κανόνα'.

Τέτοιες αλλαγές μήκους θα μπορούσαν να διακριθούν από οποιαδήποτε αλλαγή που προκαλείται από τη σκοτεινή ενέργεια, επειδή η κυρτότητα του διαστήματος θα δημιουργούσε πολύ ισχυρότερα αποτελέσματα για υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό από ό,τι η σκοτεινή ενέργεια, εξηγούν οι οι αστρονόμοι.

Η δε μεγέθυνση του σύμπαντος θα μας υποδείκνυε ότι το διάστημα είναι κυρτό όπως η επιφάνεια μιας σφαίρας - και αυτό θα σήμαινε ότι ζούμε σε έναν πεπερασμένο Κόσμο.

Τέλος, η έρευνα Sloan III θα παρατηρήσει και την δική μας γειτονιά χαρτογραφώντας και τον Γαλαξία μας. Έτσι θα παρατηρήσει 10.000 αστέρια για να βρει αποδείξεις ότι φιλοξενούν  γιγαντιαίους πλανήτες.

Κοσμικά ηχητικά κύματα

Σε παλαιότερες έρευνες του ουρανού Sloan οι ερευνητές είχαν ανιχνεύσει στους τρισδιάστατους χάρτες τους την σφραγίδα των κοσμικών ηχητικών κυμάτων, που απελευθερώθηκαν αμέσως μετά από το big bang. Τα κοσμικά αυτά ηχητικά κύματα θεωρούνται ότι έχουν παγιδευτεί από την πυκνή ομίχλη του αερίου και των φωτονίων του πρώιμου σύμπαντος.

Την σφραγίδα (το αποτύπωμα) αυτών των ηχητικών κυμάτων μπορούμε να την δούμε στη κατανομή των γαλαξιών. Είναι η ηχώ μιας αρκετά αξιοπρόσεκτης εποχής του σύμπαντος, που εμφανίστηκε σε μια εποχή που το σύμπαν ήταν τόσο καυτό και πυκνό που τα άτομα του υδρογόνου ιονίστηκαν σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια.

Όπως γνωρίζουμε από τις μετρήσεις του δορυφόρου WMAP οι διαφορές στη γαλαξιακή κατανομή συσχετίζονται άμεσα με τις διαφοροποιήσεις στη θερμοκρασία του Κοσμικού Υποβάθρου Μικροκυμάτων, που απεικονίζει τις κυματώσεις στον πυκνό πρώιμο Κόσμο.

Το αποτέλεσμα είναι ένας φυσικός "κανόνας" που σχηματίζεται από τις κανονικές κυματώσεις (μερικές φορές λέγονται και "βαρυονικές κυματώσεις",  - τα βαρυόνια είναι η συνηθισμένη ύλη), οι οποίες επαναλαμβάνονται κατά διαστήματα περίπου 500 εκατομμυρίων ετών φωτός.

Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι οι κυματισμοί από τα ηχητικά κύματα αυξάνουν ελαφρώς την πιθανότητα να βρίσκονται και οι γαλαξίες 500 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά ο ένας από τον άλλο. Αυτή η απόσταση είναι τέτοιος "κανόνας", που θα μπορούσε να βοηθήσει τους αστρονόμους να χαρτογραφήσουν την ιστορία διαστολής του κόσμου και να αξιολογήσουν την ακρίβεια των μετρήσεων  των αστρονομικών αποστάσεων.

Οι μελέτες Sloan είναι οι πρώτες που ανιχνεύουν κοσμικά κύματα τόσο μακριά από τη Γη. Μετρώντας δε με αυτόν τον "τυποποιημένο κανόνα" σε διαφορετικές εποχές έχουμε ένα από τα καλύτερα εργαλεία για τη μελέτη της σκοτεινής ενέργειας και την κυρτότητα του διαστήματος.