Uporaba vrhunske računalniške znanosti pri številnih novih astronomskih podatkih so danes raziskovalci Sloan Digital Sky Survey (SDSS) poročali o prvem trdnem zaznavanju kozmičnega povečevanja na velikih lestvicah, kar je napoved Einsteinove splošne teorije relativnosti, ki se uporablja za porazdelitev galaksij , temna snov in daljni kvazarji.
Te ugotovitve, sprejete za objavo v reviji The Astrophysical Journal, podrobno opisujejo subtilna izkrivljanja, ki jih svetloba doživlja, ko potuje iz daljnih kvazarjev po spletu temne snovi in galaksij, preden doseže opazovalce tukaj na Zemlji.
Odkritje SDSS konča dve desetletji staro nesoglasje med prejšnjimi povečevalnimi meritvami in drugimi kozmološkimi preizkusi razmerja med galaksijami, temno snovjo in celotno geometrijo vesolja.
"Izkrivljanje oblik ozadij galaksije zaradi gravitacijske leče je bilo prvič opaženo pred dobrim desetletjem, vendar nihče ni mogel zanesljivo zaznati povečevalnega dela lečečega signala," je pojasnil vodilni raziskovalec Ryan Scranton z univerze v Pittsburghu.
Ko svetloba 10 milijard let potuje iz daljnega kvazarja, ga odkloni in osredotoči gravitacijsko vlečenje temne snovi in galaksij, učinek, znan kot gravitacijsko lečenje. Raziskovalci SDSS so dokončno izmerili rahlo posvetlitev ali "povečavo" kvazarjev in učinek povezali z gostoto galaksij in temno snovjo na poti kvazarske svetlobe. Ekipa SDSS je to povečanje zaznala v svetlosti 200.000 kvazarjev.
Medtem ko je gravitacijsko lečenje temeljna napoved Einsteinove splošne relativnosti, odkritje sodelovanja SDSS dodaja novo dimenzijo.
"Opazovanje povečave je pomembna potrditev osnovne napovedi Einsteinove teorije," je pojasnil sodelavec SDSS Bob Nichol z univerze v Portsmouthu (Velika Britanija). "Omogoča tudi ključno preverjanje skladnosti standardnega modela, razvitega za razlago medsebojnega delovanja galaksij, galaksijskih grozdov in temne snovi."
Astronomi poskušajo že dve desetletji izmeriti ta vid gravitacijske leče. Vendar je povečevalni signal zelo majhen učinek - za nekaj odstotkov se poveča svetloba, ki prihaja iz vsakega kvazarja. Zaznavanje tako majhne spremembe je zahtevalo zelo velik vzorec kvazarjev z natančnimi meritvami njihove svetlosti.
"Medtem ko so v preteklosti številne skupine poročale o ugotovitvah kozmičnega povečevanja, njihovi zbirki podatkov niso bili dovolj veliki ali natančni, da bi lahko dokončno izmerili, rezultate pa je bilo težko uskladiti s standardno kozmologijo," je dodala Brice Menard, raziskovalka pri Inštitut za napredni študij v Princetonu, NJ.
Preboj se je zgodil v začetku tega leta z natančno umerjenim vzorcem 13 milijonov galaksij in 200.000 kvazarjev iz kataloga SDSS. Popolnoma digitalni podatki, ki so na voljo v SDSS, so rešili številne tehnične težave, ki so povzročile prejšnje poskuse za merjenje povečave. Ključnega pomena za novo meritev pa je bil razvoj novega načina iskanja kvazarjev v podatkih SDSS.
"Vzeli smo vrhunske ideje iz sveta računalništva in statistike in jih uporabili pri svojih podatkih," je pojasnil Gordon Richards z univerze Princeton.
Richards je pojasnil, da so znanstveniki SDSS z uporabo novih statističnih tehnik lahko izvzeli vzorec kvazarjev, 10-krat večji od običajnih metod, kar je omogočilo izjemno natančnost, ki je potrebna za iskanje povečave. "Našega jasnega zaznavanja signala leče ne bi bilo mogoče brez teh tehnik," je zaključil Richards.
Nedavna opazovanja obsežne porazdelitve galaksij, kozmičnega mikrovalovnega ozadja in oddaljenih supernov so pripeljala astronome k razvoju "standardnega modela" kozmologije. V tem modelu vidne galaksije predstavljajo le majhen del celotne mase vesolja, preostanek pa je sestavljen iz temne snovi.
Toda za uskladitev prejšnjih meritev signala kozmičnega povečevanja s tem modelom je bilo potrebno neupravičene domneve o porazdelitvi galaksij glede na prevladujočo temno snov. Zaradi tega so nekateri sklepali, da je bila osnovna kozmološka slika napačna ali vsaj nedosledna. Vendar natančnejši rezultati SDSS kažejo, da prejšnji nabor podatkov verjetno ni bil kos izzivu meritve.
"S kakovostnimi podatki iz SDSS in našo veliko boljšo metodo izbire kvazarjev smo to težavo postavili v počitek," je dejal Scranton. "Naše merjenje je v skladu s preostankom tistega, kar nam vesolje govori, in nagonsko nesoglasje je rešeno."
"Zdaj, ko smo pokazali, da lahko naredimo zanesljivo meritev kozmičnega povečevanja, bo naslednji korak ta uporaba kot orodje za podrobnejše proučevanje interakcij med galaksijami, temno snovjo in svetlobo," je dejal Andrew Connolly Univerze v Pittsburghu.
Izvirni vir: SDSS News Release
