Οι αστρονόμοι χαρτογραφούν πάνω από 100 εκατομμύρια γαλαξίες για να σπάσουν το παζλ της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας

Το Dark Energy Survey (DES) είναι ένα φιλόδοξο κοσμολογικό έργο που στοχεύει στη χαρτογράφηση εκατοντάδων εκατομμυρίων γαλαξιών. Στη διαδικασία, το έργο θα περιγράψει λεπτομερώς εκατοντάδες εκατομμύρια γαλαξίες, θα παρατηρήσει χιλιάδες σουπερνόβα, θα χαρτογραφήσει τον κοσμικό ιστό που συνδέει τους γαλαξίες, όλα με στόχο τη διερεύνηση της μυστηριώδους δύναμης που προκαλεί το Σύμπαν να διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Χρησιμοποιώντας την κάμερα σκοτεινής ενέργειας 570 megapixel στο τηλεσκόπιο 4 μέτρων Víctor M. Blanco του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών στο Διαμερικανικό Παρατηρητήριο Cerro Tololo (CTIO), Χιλή, το DES παρατήρησε έναν χάρτη κατανομής και μορφολογίας γαλαξιών που εκτείνεται σε 7 δισεκατομμύρια φως -χρόνια και αιχμαλωτίζει το 1/8 του ουρανού πάνω από τη Γη.

Τώρα βρίσκονται νέα αποτελέσματα από το DES, το οποίο συλλέγει τη δουλειά μιας διεθνούς ομάδας με πάνω από 400 επιστήμονες από περισσότερα από 25 ιδρύματα από χώρες όπως οι ΗΠΑ, το Ηνωμένο Βασίλειο, η Γαλλία, η Ισπανία, η Βραζιλία και η Αυστραλία. Τα ευρήματα περιγράφονται λεπτομερώς σε μια πρωτοποριακή σειρά 29 εγγράφων και αποτελούνται από δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια των πρώτων τριών ετών λειτουργίας του DES παρέχοντας την πιο λεπτομερή περιγραφή της σύνθεσης και της επέκτασης του Σύμπαντος μέχρι σήμερα.

Η έρευνα διεξήχθη μεταξύ 2013 και 2019 καταλογίζοντας εκατοντάδες εκατομμύρια αντικείμενα, με τα τρία χρόνια των δεδομένων που καλύπτονται μόνο σε αυτά τα έγγραφα να περιέχουν παρατηρήσεις τουλάχιστον 226 εκατομμυρίων γαλαξιών που παρατηρήθηκαν σε 345 νύχτες.

Το γεγονός ότι ορισμένοι από αυτούς τους γαλαξίες βρίσκονται κοντά στον Γαλαξία μας και άλλοι είναι πολύ πιο απομακρυσμένοι –έως 7 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά– δίνει στους ερευνητές μια εξαιρετική εικόνα της εξέλιξης του Σύμπαντος κατά τη διάρκεια περίπου του μισού χρόνου ζωής του.

Τα αποτελέσματα φαίνεται να επιβεβαιώνουν το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας, αυτή τη στιγμή την καλύτερα τεκμηριωμένη θεωρία της σύνθεσης και της εξέλιξης του Σύμπαντος, η οποία υποδηλώνει ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε σε ένα γεγονός «Big Bang» και έχει σύνθεση 5% συνηθισμένης ή βαρυονικής ύλης, 27% σκοτεινή ύλη και 68% σκοτεινή ενέργεια.

Ωστόσο, το στιγμιότυπο του Σύμπαντος που παρέχεται από το DES φαίνεται να δείχνει ότι το Σύμπαν είναι λιγότερο «σβολιασμένο» από ό,τι προτείνουν τα τρέχοντα κοσμολογικά μοντέλα.

Φωτίζοντας το Σκοτεινό Σύμπαν

Το γεγονός ότι το «Σκοτεινό Σύμπαν» αποτελείται από το 95% της ύλης και της ενέργειας στο γνωστό σύμπαν σημαίνει ότι υπάρχουν τεράστια κενά στην κατανόηση της εξέλιξης του Σύμπαντος, του παρελθόντος, του παρόντος και του μέλλοντός του.

Αυτά τα κενά περιλαμβάνουν τη φύση της σκοτεινής ύλης, της οποίας η βαρυτική επιρροή συγκρατεί τους γαλαξίες, και τη σκοτεινή ενέργεια, τη δύναμη που επεκτείνει το διάστημα μεταξύ των γαλαξιών και τους απομακρύνει με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Αυτά τα φαινόμενα φαίνονται να βρίσκονται σε αντίθεση, με το ένα να συγκρατεί την ύλη και το άλλο να εργάζεται στον ίδιο τον χώρο για να απομακρύνει την ύλη. Και είναι αυτός ο κοσμικός αγώνας που διαμορφώνει το Σύμπαν που το DES είχε σκοπό να ερευνήσει.

Υπάρχουν δύο βασικά φαινόμενα που χρησιμοποίησε η έρευνα για να το κάνει αυτό. Η μελέτη «του κοσμικού ιστού» που συνδέει τους γαλαξίες μεταξύ τους σε σμήνη και χαλαρούς συσχετισμούς δίνει υποδείξεις για την κατανομή και την επιρροή της σκοτεινής ύλης.

Το δεύτερο φαινόμενο που χρησιμοποιείται από το DES είναι η κάμψη του φωτός καθώς ταξιδεύει πέρα ​​από τις καμπυλότητες του χωροχρόνου που δημιουργούνται από αντικείμενα τεράστιας μάζας όπως οι γαλαξίες. Αυτό το φαινόμενο που προβλέπεται από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν –γενική σχετικότητα– είναι γνωστό ως «βαρυτικός φακός».

Το DES βασίστηκε σε μια μορφή αυτού του φαινομένου που ονομάζεται «αδύναμος βαρυτικός φακός» για να εκτιμήσει πώς η σκοτεινή ύλη είναι κατανεμημένη σε όλο το Σύμπαν, συμπεραίνοντας έτσι τη «συσσωμάτωση» της.

Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το DES διασταυρώθηκαν με μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν από την αποστολή της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA), το παρατηρητήριο Planck. Το τροχιακό παρατηρητήριο, το οποίο λειτούργησε μεταξύ 2009 και 2013 και μελέτησε την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου (CMB) – ένα αποτύπωμα που απομένει από ένα γεγονός λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη στο οποίο συνδέθηκαν ηλεκτρόνια και πρωτόνια, επιτρέποντας έτσι στα φωτόνια να ταξιδεύουν ελεύθερα για πρώτη φορά.

Η παρατήρηση του CMB αποκαλύπτει συνθήκες που είχαν «παγώσει» σε αυτό τη στιγμή αυτού του γεγονότος που είναι γνωστό ως η τελευταία σκέδαση και έτσι δίνει μια λεπτομερή εικόνα του Σύμπαντος όταν ήταν μόλις 400 χιλιάδων ετών για να αντλήσει η ομάδα DES.

Ρύθμιση του σκηνικού για μελλοντικές έρευνες

Το DES μελέτησε εντατικά δέκα περιοχές που χαρακτηρίστηκαν ως «βαθιά πεδία» που απεικονίστηκαν επανειλημμένα κατά τη διάρκεια της έρευνας. Αυτές οι εικόνες ήταν στοιβαγμένες που επέτρεψαν στους αστρονόμους να παρατηρήσουν μακρινούς γαλαξίες.

Εκτός από το ότι επιτρέπει στους ερευνητές να δουν περαιτέρω μέσα στο Σύμπαν και, επομένως, πιο πίσω στο χρόνο, χρησιμοποιήθηκαν για τη βαθμονόμηση πληροφορίες σχετικά με τη μετατόπιση προς το κόκκινο - μια αύξηση στο μήκος κύματος που προκαλείται από την υποχώρηση των αντικειμένων που μπορεί να προκύψουν ως αποτέλεσμα της διαστολής του Σύμπαντος - που ελήφθησαν από αυτά τα βαθιά πεδία. το υπόλοιπο της έρευνας. Αυτό αποτέλεσε ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός για τις κοσμικές έρευνες παρέχοντας στους ερευνητές μια εικόνα του Σύμπαντος ζωγραφισμένη με εκπληκτική ακρίβεια.

Ενώ το DES ολοκληρώθηκε το 2019, ο τεράστιος πλούτος των δεδομένων που συλλέχθηκαν από την έρευνα απαιτεί τεράστιο ποσό υπολογιστικής ισχύος και χρόνου για αξιολόγηση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο βλέπουμε μόνο τα τρία πρώτα χρόνια των παρατηρήσεων που αναφέρθηκαν και πιθανότατα σημαίνει ότι το DES έχει ακόμα πολλά να προσφέρει.

Αυτό θα δημιουργήσει τελικά το σκηνικό για την Έρευνα Κληρονομιάς του Χώρου και του Χρόνου (LSST) που θα διεξαχθεί στο παρατηρητήριο Vera C Rubin – που βρίσκεται υπό κατασκευή στην κορυφή El Penon Cerro Pachon στη βόρεια Χιλή.

Ενώ το DES ερεύνησε το αναμφισβήτητα εντυπωσιακό 1/8 του ουρανού πάνω από τη γη, η κάμερα ευρέος πεδίου που θα διευθύνει το LSST θα καταγράψει ολόκληρο τον ουρανό πάνω από το νότιο ημισφαίριο, που σημαίνει ότι θα δει το μισό ολόκληρου του ουρανού πάνω από τον πλανήτη μας.

Ένα σημαντικό μέρος της αποστολής του LSST θα είναι η διερεύνηση της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας, πράγμα που σημαίνει ότι όταν τελικά εξαντληθούν τα δεδομένα από το DES και αποκαλυφθούν τα μυστικά του, ένας άξιος διάδοχος θα περιμένει τα φτερά για να αναλάβει την αποστολή της ανακάλυψης.