Aplicând informatica de vârf la o mulțime de noi date astronomice, cercetătorii de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS) au raportat astăzi prima detectare robustă a măririi cosmice pe scări mari, o predicție a Teoriei Generale a Relativității Einstein aplicată la distribuția galaxiilor. , materie întunecată și quasari îndepărtați.
Aceste descoperiri, acceptate pentru publicarea în The Astrophysical Journal, detaliază distorsiunile subtile pe care le întâmpină lumina în timp ce călătorește de la cvasarii îndepărtați prin pânza materiei întunecate și a galaxiilor înainte de a ajunge la observatori aici pe Pământ.
Descoperirea SDSS pune capăt unui dezacord vechi de două decenii între măsurătorile anterioare de mărire și alte teste cosmologice ale relației dintre galaxii, materia întunecată și geometria generală a universului.
„Distorsiunea formelor galaxiilor de fundal datorate lentilelor gravitaționale a fost observată pentru prima dată în urmă cu peste un deceniu, dar nimeni nu a fost în măsură să detecteze în mod fiabil partea de mărire a semnalului de lentile”, a explicat cercetătorul principal Ryan Scranton de la Universitatea din Pittsburgh.
Pe măsură ce lumina își face călătoria de 10 miliarde de ani dintr-un quasar îndepărtat, ea este deviată și concentrată de atracția gravitațională a materiei întunecate și a galaxiilor, efect cunoscut sub denumirea de lentile gravitaționale. Cercetătorii SDSS au măsurat definitiv ușoarea strălucire sau „mărire” a cvasarelor și conectează efectul la densitatea galaxiilor și a materiei întunecate de-a lungul căii luminii quasarului. Echipa SDSS a detectat această mărire în luminozitatea a 200.000 de quaze.
Deși obiectivul gravitațional este o predicție fundamentală a relativității generale a lui Einstein, descoperirea colaborării SDSS adaugă o nouă dimensiune.
„Observarea efectului de mărire este o confirmare importantă a unei predicții de bază a teoriei lui Einstein”, a explicat colaboratorul SDSS Bob Nichol la Universitatea din Portsmouth (Marea Britanie). „De asemenea, ne oferă o verificare crucială a consistenței modelului standard dezvoltat pentru a explica interacțiunea dintre galaxii, grupări de galaxii și materie întunecată.”
Astronomii încearcă să măsoare acest aspect al lentilelor gravitaționale timp de două decenii. Cu toate acestea, semnalul de mărire este un efect foarte mic - cu cât câteva procente cresc în lumina provenită de la fiecare cvasar. Detectarea unei schimbări atât de mici a necesitat un eșantion foarte mare de cvasari cu măsurători precise ale luminozității lor.
„În timp ce multe grupuri au raportat detectări ale măririi cosmice în trecut, seturile lor de date nu au fost suficient de mari sau suficient de precise pentru a permite o măsurare definitivă, iar rezultatele au fost dificil de reconciliat cu cosmologia standard”, a adăugat Brice Menard, un cercetător la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, NJ.
Avansul a venit la începutul acestui an folosind un eșantion calibrat cu precizie de 13 milioane de galaxii și 200.000 de cvasari din catalogul SDSS. Datele complet digitale disponibile de la SDSS au rezolvat multe dintre problemele tehnice care au afectat încercările anterioare de a măsura mărirea. Cu toate acestea, cheia noii măsurători a fost dezvoltarea unei noi modalități de a găsi cvasari în datele SDSS.
„Am luat idei de ultimă oră din lumea informaticii și a statisticilor și le-am aplicat la datele noastre”, a explicat Gordon Richards de la Universitatea Princeton.
Richards a explicat că folosind tehnici statistice noi, oamenii de știință SDSS au putut extrage un eșantion de cvasari de 10 ori mai mare decât metodele convenționale, permițând precizia extraordinară necesară pentru găsirea semnalului de mărire. „Detectarea noastră clară a semnalului de lentilă nu s-ar fi putut face fără aceste tehnici”, a concluzionat Richards.
Observații recente privind distribuția pe scară largă a galaxiilor, fundalul cu microunde cosmice și supernovele îndepărtate au determinat astronomii să dezvolte un „model standard” de cosmologie. În acest model, galaxiile vizibile reprezintă doar o mică parte din toată masa universului, restul fiind făcut din materie întunecată.
Dar, pentru a reconcilia măsurătorile anterioare ale semnalului de mărire cosmică cu acest model, a fost necesară presupunerea neplauzibilă despre distribuirea galaxiilor în raport cu materia întunecată dominantă. Acest lucru i-a determinat pe unii să ajungă la concluzia că tabloul cosmologic de bază era incorect sau cel puțin inconsistent. Cu toate acestea, rezultatele SDSS mai precise indică faptul că seturile de date anterioare nu au fost în măsură să provoace măsurarea.
„Cu datele de calitate de la SDSS și metoda noastră mult mai bună de selectare a cvasarelor, am pus această problemă în repaus”, a spus Scranton. „Măsurarea noastră este în acord cu restul a ceea ce universul ne spune și dezacordul neplăcut este rezolvat.”
„Acum că am demonstrat că putem face o măsurare fiabilă a măririi cosmice, următorul pas va fi să o folosim ca un instrument pentru a studia interacțiunea dintre galaxii, materia întunecată și lumină într-un detaliu mult mai mare”, a spus Andrew Connolly al Universității din Pittsburgh.
Sursa originală: Comunicat de știri SDSS
