Paskelbtas didžiausias Visatos trimatis žemėlapis - jame telpa 11 milijardų metų plėtimosi istorija, užpildanti svarbiausius tarpus (Video)

„Seniausią Visatos istoriją ir dabartinį jos plėtimosi tempą žinome gan gerai, bet 11 milijardų metų viduryje yra nerimą keliantis tarpas,“ sako rezultatus paskelbusios komandos vadovas kosmologas Kyle Dawson iš Jutos universiteto. „Penkerius metus dirbome, stengdamiesi užpildyti šį tarpą, ir šia informacija bus atliktas reikšmingiausias pasistūmėjimas kosmologijoje per pastarąjį dešimtmetį.“

„Šiais tyrimais galime apjungti visus tuos matavimus į išsamią Visatos plėtimosi istoriją.“ —

Will Percival

Naujieji rezultatai gauti viena iš SDSS apžvalgų – išplėstine barionų osciliacijos spektroskopine apžvalga (extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey – eBOSS), tarptautiniu sandarbiu, kuriame dalyvavo daugiau nei 100 astrofizikų. Naujuose rezultatuose pateikiami išsamūs daugiau nei dviejų milijonų galaktikų ir kvazarų matavimai, apimantys 11 milijardų metų kosminio laiko.

Apie visatos kūdikystę žinome iš tūkstančių astronomų atliktų netrukus po Didžiojo sprogimo susidariusių santykinių elementų kiekių matavimų ir Kosminio mikrobangų fono matavimų. Iš galaktikų vaizdalapių ir nuotolių matavimų – tarp kurių ir atlikti ankstesnėse SDSS fazėse – žinome ir pastarųjų kelių milijardų metų jos plėtimosi istoriją.

SDSS mokslininkai paskelbė nuodugnią didžiausio kada nors sukurto trimačio visatos vaizdalapio. Naujus rezultatus pateikia Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), daugiau nei 100 astrofizikų iš viso pasaulio SDSS sandarbis. SDSS-IV direktorius Michael Blanton (Niujorko universitetas) ir eBOSS apžvalgos mokslininkas Will Percival (Perimeter institutas ir Waterloo universitetas) aptaria 20 metų SDSS galaktikų apžvalgų palikimą.

„Apibendrinus, detali eBOSS vaizdalapio ir ankstesnių SDSS eksperimentų analizė suteikė tiksliausius plačiausios kosminio laiko atkarpos plėtimosi istorijos matavimus,“ sako eBOSS apžvalgos mokslininkas Willas Percivalis iš Waterloo universiteto. „Šiais tyrimais galime sujungti visus šiuos matavimus į išsamų visatos plėtimosi istorijos pasakojimą.“

Galutinis vaizdalapis pavaizduotas aukščiau esančiame atvaizde. Atidžiai įsižiūrėjus, matomos Visatos struktūrą apibrėžiančios gijos ir tuštumos, nuo tada, kai Visatai tebuvo maždaug 300 000 metų. Iš vaizdalapio tyrėjai matuoja galaktikų pasiskirstymą, suteikiantį kelių svarbių Visatos parametrų rodmenis mažesne, nei vieno procento paklaida. Šie signalai pavaizduoti atvaizdo įklijose.

Pilkame regione vaizduojamas prieš 10 metų buvęs supratimas. Mėlynas regionas – geriausi dabartiniai matavimai, įtraukiant SDSS ir kitas programas. Mažėjantys spalvoti regionai rodo mūsų supratimo apie plėtimosi tempą gerėjimą.
SDSS duomenų indėlį į šį patobulėjimą vaizduoja raudonas regionas. Visatos erdvėlaikio iškreivėjimo matavimai parodyti ant horizontalios ašies. Artimi nuliui SDSS rezultatai rodo, kad visata yra plokščia, ir smarkiai padidina kitų eksperimentų tikslumą. Vertikalioje ašyje pavaizduotas dabartinis Visatos plėtimosi tempas (Hubble'o konstanta – H₀). H₀ matavimai iš SDSS ir kitų apžvalgų nesutampa su gretimų galaktikų matavimu, kurių reikšmė artima 74, kai tuo tarpu SDSS yra 68. Šį neatitikimą buvo įmanoma atskleisti tik naudojant SDSS ir kitų per pastarąjį dešimtmetį atliktų eksperimentų duomenis.

Šiame vaizdalapyje matomos bendros daugiau nei 20 metų pastangos sužymėti Visatą Sloano fondo teleskopu. Šiame vaizdalapyje atskleista kosmoso istorija rodo, kad maždaug prieš šešis milijardus metų Visatos plėtimasis ėmė spartėti, ir nuo tada darėsi vis spartesnis ir spartesnis. Šį greitėjantį plėtimąsi sukelia nematomas Visatos komponentas, vadinamas „tamsiąja energija“, kuris dera su Einšteino bendrąja reliatyvumo teorija, bet visiškai nedera su dabartiniu dalelių fizikos supratimu.

Apjungus eBOSS stebėjimus su Visatos kūdikystės tyrimais, paveiksle išryškėja tarpas – eBOSS komandos atlikti dabartinio Visatos plėtimosi tempo – H₀ – matavimai yra maždaug 10 procentų mažesni už reikšmę, gautą, matuojant artimas galaktikas. Kadangi eBOSS duomenys labai tikslūs, itin menkai tikėtina, kad toks neatitikimas yra atsitiktinis, o iš plataus eBOSS duomenų spektro nepriklausomais būdais gauti duomenys pateikia tokią pačią išvadą.

Vyriausiasis eBOSS tyrėjas Kyle Dawson (Jutos universitetas), tyrimo mokslininkas Will Percival (Perimeter institutas ir Waterloo universitetas), kartu su vienu iš analizės vadovų Jiamin Hou (Max Planck ekstragalaktinės fizikos institutas) aptaria naujus rezultatus, eBOSS projekto veikimą, ir ką naujieji rezultatai reiškia mūsų supratimui apie Visatą.

„Tik su tokiais vaizdalapiais kaip mūsų galima išties užtikrintai teigti, kad yra Hubble'o konstantos neatitikimas,“ sako Eva-Maria Mueller iš Oksfordo universiteto, vadovavusi analizei, kuria buvo interpretuojami visos SDSS bandinių apimties rezultatai. „Naujausi eBOSS vaizdalapiai rodo tai aiškiai, kaip niekados.“

Nėra sutariama dėl šios išmatuotos plėtimosi spartos nesutapimų paaiškinimo, bet yra jaudinama galimybė, kad mūsų istorijoje paliko pėdsaką anksčiau nežinota materijos ar energijos forma iš ankstyvosios.

Iš viso eBOSS komanda paskelbė daugiau daugiau nei 20 mokslinių straipsnių. Daugiau nei 500 puslapių komanda analizuoja naujausius eBOSS duomenis, taip pažymėdama esminių tyrimo tikslų pasiekimą.

eBOSS komandoje, individualios grupės universitetuose iš viso pasaulio susitelkė į skirtingus analizės aspektus. Sukurti vaizdalapio dalį iki šešių milijardų metų amžiaus, komanda naudojo dideles, raudonas galaktikas. Tolimesniems matavimams – jaunesnes, mėlynas. Ir galiausiai, vienuolikos milijardų metų ir senesnės visatos – kvazarus, tai yra, šviesias galaktikas, nušviestas į centrinę supermasyvią juodąją bedugnę krentančios medžiagos. Visus šiuos bandinius reikėjo atidžiai analizuoti, kad būtų pašalinti visi trukdžiai, ir atsivertų Visatos struktūra.

„Sujungus SDSS duomenis su Kosminio mikrobangų fono, supernovų ir kitų programų duomenimis, galime tuo pačiu metu išmatuoti daug fundamentalių Visatos savybių,“ sako Mueller. „SDSS duomenys apima tokią ilgą Visatos laiko atkarpą, kad suteikia didžiausią galimybę išmatuoti geometrinį Visatos kreivumą, kuri pasirodė esanti plokščia. Dar jais galima išmatuoti vietinį plėtimosi tempą mažesne nei vieno procento paklaida.“

eBOSS, ir bendriau SDSS, palieka tamsiosios energijos paslaptį ir lokalaus bei ankstyvojo Visatos plėtimosi neatitikimą spręsti naujesniems projektams. Kitą dešimtmetį atliekamos apžvalgos gali šias mįsles išspręsti, o gal atskleis dar daugiau netikėtumų.

Tuo tarpu, su nuolatine Alfred P. Sloan fondo ir institucinių jo narių parama, SDSS visatos matavimo misija toli gražu dar nėra baigta. Dabartinė SDSS atstovė, Karen Masters iš Haverford koledžo College, pasidalino džiugesiu dėl kitos tyrimo fazės. „Sloano fondo teleskopas ir kone dvynys iš Las Campanas observatorijos ir toliau atliks astronominius atradimus, žymėdami milijonus žvaigždžių ir juodųjų bedugnių ir jų pokyčius kosminio laiko masteliu.“ SDSS komanda dabar montuoja įrangą, pradėsiančią šią naują fazę ir tikisi naujų atradimų per kitus 20 metų.