Primjenjujući vrhunsku informatiku na mnoštvo novih astronomskih podataka, istraživači Sloan Digital Sky Survey (SDSS) izvijestili su danas o prvom robusnom otkrivanju kozmičkog uvećanja na velikim mjerilima, predviđanju Einsteinove Opće teorije relativnosti primijenjene na raspodjelu galaksija , tamnu tvar i daleke kvazare.
Ova otkrića, prihvaćena za objavljivanje u časopisu Astrophysical Journal, detaljno opisuju suptilna izobličenja kroz koja svjetlost prolazi dok putuje iz udaljenih kvazara kroz mrežu tamne materije i galaksije prije nego što stigne do posmatrača ovdje na Zemlji.
Otkrićem SDSS završava se dvogodišnje neslaganje između ranijih mjerenja i drugih kozmoloških ispitivanja odnosa galaksija, tamne materije i ukupne geometrije svemira.
"Izobličenje oblika pozadinskih galaksija uslijed gravitacijskog leća prvi je put uočeno prije desetak godina, ali nitko nije uspio pouzdano otkriti povećali dio signala leće", objasnio je vodeći istraživač Ryan Scranton sa Sveučilišta u Pittsburghu.
Dok svjetlost odvodi desetak milijardi godina iz dalekog kvazara, ono se odbija i usredotočuje gravitacijskim povlačenjem tamne materije i galaksija, efekt poznat kao gravitacijsko sočivanje. Istraživači SDSS-a definitivno su izmjerili lagano posvjetljivanje, ili „povećanje“ kvazara, i efekt povezuju sa gustoćom galaksija i tamnom materijom duž putanje kvazarske svjetlosti. Tim SDSS-a otkrio je ovo povećanje u svjetlini od 200 000 kvazara.
Iako je gravitacijsko sočivanje temeljno predviđanje Einsteinove opće relativnosti, otkriće suradnje SDSS dodaje novu dimenziju.
"Promatranje učinka povećavanja važna je potvrda osnovnog predviđanja Einsteinove teorije", objasnio je suradnik SDSS-a Bob Nichol sa Sveučilišta u Portsmouthu (Velika Britanija). "To nam također daje presudnu provjeru dosljednosti standardnog modela razvijenog da objasni međusobnu interakciju galaksija, galaksijskih klastera i tamne materije."
Astronomi već dva desetljeća pokušavaju izmjeriti ovaj aspekt gravitacijskog leća. Međutim, signal povećala je vrlo mali učinak - samo nekoliko postotnih porasta svjetlosti koje dolazi iz svakog kvazara. Otkrivanje tako male promjene zahtijevalo je vrlo velik uzorak kvazara s preciznim mjerenjima njihove svjetline.
„Iako su u prošlosti mnoge skupine prijavile otkrića kozmičkog uvećanja, njihovi skupovi podataka nisu bili dovoljno veliki ili precizni da bi omogućili definitivno mjerenje, a rezultate je bilo teško uskladiti sa standardnom kosmologijom“, dodala je Brice Menard, istraživačica u Institut za napredni studij u Princetonu, NJ.
Do proboja je došlo početkom ove godine koristeći precizno kalibrirani uzorak od 13 milijuna galaksija i 200.000 kvazara iz SDSS kataloga. Potpuno digitalni podaci dostupni sa SDSS-a riješili su mnoge tehničke probleme koji su doveli do prijašnjih pokušaja mjerenja povećala. No, ključ novog mjerenja bio je razvoj novog načina pronalaska kvazara u podacima SDSS-a.
„Preuzeli smo najnovije ideje iz svijeta informatike i statistike i primijenili ih na naše podatke“, objasnio je Gordon Richards sa Sveučilišta Princeton.
Richards je objasnio da su pomoću novih statističkih tehnika znanstvenici sa SDSS-om uspjeli izvući uzorak kvazara 10 puta veći od konvencionalnih metoda, omogućujući izvanrednu preciznost potrebnu za pronalaženje uvećanog signala. "Naše jasno otkrivanje signala leće ne bi bilo moguće bez ovih tehnika", zaključio je Richards.
Nedavna promatranja rasprostranjenosti galaksija velikih razmjera, kozmičke mikrovalne pozadine i udaljenih supernova naveli su astronoma da razviju „standardni model“ kosmologije. U ovom su modelu vidljive galaksije samo mali dio čitave mase svemira, a ostatak je načinjen od tamne materije.
No, za usklađivanje prethodnih mjerenja signala kozmičkog uvećanja s ovim modelom bilo je potrebno napraviti nevjerojatne pretpostavke o raspodjeli galaksija u odnosu na dominantnu tamnu tvar. To je navelo neke da zaključe da je osnovna kosmološka slika netočna ili barem nedosljedna. Međutim, precizniji rezultati SDSS pokazuju da prethodni skupovi podataka vjerojatno nisu bili izazov za mjerenje.
"Uz kvalitetne podatke SDSS-a i našu mnogo bolju metodu odabira kvazara, ovaj smo problem stavili u mirovanje", rekao je Scranton. "Naše je mjerenje u skladu s ostatkom onoga što nam govori svemir i rješava se neslaganje."
"Sada kada smo pokazali da možemo napraviti pouzdano mjerenje kozmičkog uvećanja, sljedeći korak će mu biti korištenje kao alata za proučavanje interakcije galaksija, tamne materije i svjetlosti u mnogo većim detaljima", rekao je Andrew Connolly Sveučilišta u Pittsburghu.
Izvorni izvor: SDSS News Release
