Nové výsledky Sloanovy digitální přehlídky oblohy a temná hmota

Vlákna plynu ležící mezi vzdálenými kvasary a Zemí pohlcují záření kvasaru a jsou tedy vysledovatelné v jeho spektru. Dovolují tak výzkumným pracovníkům mapovat rozložení plynu v prostoru do obrovských vzdáleností. Zkoumání stupně shlukování takového plynu může zároveň odpovědět i na základní otázky, například jakou má neutrino hmotnost, jaká je povaha temné energie, případně i jak probíhá rozpínání vesmíru.

Vědci již dlouho studují shlukování galaxií, aby se dozvěděli více o fungování vesmíru, vysvětluje Uros Seljak z Princetonské univerzity, jeden z výzkumných pracovníků okolo SDSS. Fyzika tvorby galaxií a jejich shlukování je velmi komplikovaná. Zvlášť proto, že většina vesmíru je tvořena temnou hmotou a temnou energií, věcmi o kterých téměř nic nevíme, protože jsme je nikdy neviděli, ale v kosmologických modelech je musíme předpovídat. Zdá se však, že plynová vlákna, pozorovaná díky spektrům kvasarů, je možné považovat za podobně rozmístěná, jako je v prostoru rozložena temná hmota. Touto analogií by tedy bylo možné odstranit jeden ze zdrojů nejistoty v současných kosmologických modelech.

Již několik let je známo, že spektra kvasarů jsou jedinečným pracovním nástrojem pro studium distribuce temné hmoty v ranném vesmíru. Teprve množství dat a kvalita pozorování z SDSS udělala z tohoto předpokladu realitu, řekl David Weinberg další z členů týmu SDSS. Díky nim se můžeme naučit mnoho o struktuře vesmíru před 10 miliardami let.

Seljak a jeho spolupracovníci z SDSS kombinovali analýzu spekter kvasarů s ostatními měřeními shlukování galaxií, gravitačními čočkami a výsledky pozorování kosmického mikrovlnného pozadí z Wilkinsonovy mikrovlnné anizotropní sondy (WMAP). Tím dosáhli zatím nejlepších výsledků v určení shlukování hmoty ve vesmíru ve vzdálenostech od jednoho milionu až po mnoho miliard světelných roků. Tento pohled dovolí detailní srovnání s teoretickými modely historie a podstaty vesmíru.

Je to zatím nejdůslednější test dnešních kosmologických modelů inflace. Inflační teorie uvádí, že hned po Big Bangu vesmír podstoupil periodu extrémně rychlého rozpínání, jehož malé fluktuace byly nakonec důvodem vzniku shluků již pozorovatelných astronomických objektů. Teorie inflace předpovídá velmi specifické a těsné závislosti stupně shlukování, které současná analýza podporuje. Další scénáře, jako třeba teorie cyklického vesmíru, vychází z podobných předpokladů a také se od posledních výsledků příliš nevzdaluje.

Dřívější rozbory týmu WMAP naznačovaly určité odchylky v kosmickém shlukování od předpovědí čistě inflačního vesmíru. Pokud by byly správné, vyžadovalo by to velké opravy v aktuálních názorech na původ struktury vesmíru.

Proto se od nových dat a z nich vycházejících analýz očekává, že podstatně zlepší přesnost testu a určí zda je vesmír inflační nebo cyklický, řekl Patrik McDonald z Princetonské univerzity a jeden ze spoluautorů analýz. Podle něj se již nyní zdá zdá, že nové výsledky jsou téměř v perfektní shodě s inflačním modelem.

Shlukování hmoty je přesným a přesvědčivým testem kosmologický modelů a současná analýza dat z pozorování kvasarů se s nimi shoduje a rozšiřuje předchozí studie, souhlasně s ním potvrzuje Adrian Pope z Univerzity Johna Hopkinse, který vedl předchozí analýzu shlukování galaxií pozorovaných SDSS.

Nová analýza také poskytuje podstatně lepší informace pro hledání hmotnosti neutrina. Pozemské experimenty v této oblasti vedly k udělení Nobelovy ceny za fyziku v roce 2002, když bylo prokázáno, že neutrino má nenulovou hmotnost. Tyto experimenty při tom mohly stanovit pouze rozdíl v hmotnosti mezi třemi různými typy známých neutrin. Nová analýza ukazuje, že hmota neutrina by měla být alespoň dvakrát menší než se před tím odhadovalo podle rozdílů jejich hmotností. Navíc také prakticky vylučuje možnost existence dalších rodin hmotných neutrin, které byly navrhovány některými pozemskými experimenty. Nová analýza poskytuje také další podporu existence temné energie a navrhuje při tom, že temná energie se v čase nemění. Tím by poskytla informace pro lepší ohraničení vývoje vesmíru v čase. Nebyl také podán žádný důkaz o tom, že by se temná energie jakkoliv měnila a tím se nejspíše odstraňuje možnost, že by se vesmír v budoucnu rozpínal nade všechny meze.

Sloan Digital Sky Survey (http://www.sdss.org) je společným projektem Chicagské univerzity, Fermilabu, Institutu pro pokročilá studia, Japonské podílové skupiny, Univerzity Johna Hopkinse, Národní laboratoře v Los Alamos, Institutu Maxe Plancka pro astronomii (MPIA), Institutu Maxe Plancka pro astrofyziku (MPA), Státní university Nového Mexika, Univerzity v Pittsburghu, Princetonské univerzity, US námořní observatoře a Univerzity ve Washingtonu.

Financování náročného projektu bylo zajištěno nadací Alfréda P. Sloana, za účasti NASA, Národní vědecké nadace, Ministerstva energetiky USA, Japonské skupiny Monbukagakusho a Společností Maxe Plancka.

Zdroj: SLOAN DIGITAL SKY SURVEY News release, Spaceflight Now
Převzato od Hvězdárny Uherský Brod