„Kosmiczne fatamorgany” potwierdziły przyśpieszoną ekspansję Wszechświata

SDSSJ1226-0006 to kwazar z soczewkowaniem grawitacyjnym. Na powiększeniu pochodzącym z HST widać dwa odległe kwazary (barwa biała) oraz masywną galaktykę położoną pomiędzy nimi (pomarańczowa) która powoduje efekt soczewki grawitacyjnej.



Niezależne wyniki badań naukowców wykazały, że tempo ekspansji Wszechświata faktycznie wzrasta. Oznacza to, że Kosmos musi wypełniać tajemniczy rodzaj energii, nazywany w fachowej literaturze ciemna energią.

Kwazary są bardzo jasnymi obiektami, które swą niezwykłą moc promieniowania zawdzięczają procesom akrecji gazu na super masywną czarną dziurę, znajdującą się w centrum galaktyki. Obiekty te są bardzo od nas odległe. Z kolei soczewkowanie grawitacyjne to zjawisko, w którym światło – obraz pochodzący od dalekiego obiektu w Kosmosie, np. kwazara – rozdziela się na dwa lub więcej niezależnych obrazów na skutek ugięcia światła podczas jego przejścia w pobliżu bardzo masywnych obiektów z silną grawitacją, położonych pomiędzy dalekim kwazarem i jego ziemskim obserwatorem. Zjawisko to, często zwane też „kosmiczną fatamorganą”, zostało odkryte w 1979 roku. Od tego czasu znaleziono ponad 100 wykazujących je kwazarów.

Międzynarodowy zespół badaczy pod przewodnictwem Masamune Oguri i Naohisa Inada z Nara National College of Technology w Japonii przeprowadził wielki przegląd kwazarów z efektem soczewkowania grawitacyjnego. Wykorzystano przy tym słynną bazę danych optycznych -  SDSS ( Sloan Digital Sky Survey). Po około dziesięciu latach poszukiwań naukowcy znaleźli niemal 50 nowych kwazarów 'dotkniętych' wyżej opisanym efektem. Znacznie zwiększyło to znaną dotychczas próbkę „kosmicznych fatamorgan”.

Częstotliwość występowania zjawiska soczewkowania grawitacyjnego, która może być mierzona poprzez zliczanie wykazujących je kwazarów z danego katalogu, pozwala na oszacowanie prędkości rozszerzania się Wszechświata. Dzieje się tak, ponieważ przyśpieszone tempo tej ekspansji zwiększa odległość do każdego  kwazara, a zatem zwiększa nasze szanse na zaobserwowanie soczewki grawitacyjnej.

Zespół zmierzył prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska soczewkowania w przypadku odległych kwazarów. Wynosi ono ok. 0.05 %. Porównano ten wynik ze szczegółowymi wyliczeniami teoretycznymi celem uzyskania pewnych informacji na temat historii ekspansji Kosmosu. Wyniki sugerują, że ekspansja ta w istocie przyspiesza, co z kolei pociąga za sobą konieczność istnienia ciemnej energii we Wszechświecie.

„Przyspieszone rozszerzanie się Wszechświata jest jedną z najważniejszych kwestii we współczesnej kosmologii” - mówi profesor Oguri. „W roku 2011 Nagroda Nobla z fizyki została przyznana właśnie za odkrycie przyspieszającej ekspansji przestrzeni kosmicznej – dokonane dzięki obserwacjom odległych gwiazd supernowych. Problem w tym, że ta metoda oparta jest na kilku założeniach, zatem niezależne potwierdzenie jej wyników jest bardzo ważne, aby móc z tego typu badań wysnuć jakiekolwiek wnioski. Nasze nowe wnioski wypływające z badań nad soczewkowaniem grawitacyjnym nie tylko dostarcza nowych, silnych dowodów na przyśpieszoną ekspansję Kosmosu, ale i pozwala na dokładny pomiar jej prędkości. A to jest bardzo istotne dla badań nad naturą ciemnej energii.”

Uważne porównania z innymi obserwacjami kosmologicznymi prowadza naukowców do wniosku, że ciemna energia zachowuje się niemal tak samo jak postulowana niegdyś przez Einsteina stała kosmologiczna. Jej szczegółowe właściwości mają być dalej badane w międzynarodowym projekcie  SuMIRe, prowadzonym przy użyciu Teleskopu Subaru. “Obecny wynik pokazuje, że japońska kosmologia, zarówna ta teoretyczna jak i obserwacyjna, mogą odegrać istotną rolę w projekcie   SuMIRe” - komentuje profesor Suto.  Co ważniejsze, zdaniem naukowców wyniki tych badań to istotny przełom w badaniach nad zjawiskiem ciemnej energii.

O odkryciu można przeczytać w The Astronomical Journal 143:120 (14pp), 2012 May  The Sloan Digital Sky Survey Quasar Lens Search. VI. Constraints on Dark Energy and the Evolution of Massive Galaxies, Masamune Oguri, Naohisa Inada et al


Zdjęcie powyżej to obiekt SDSSJ1226-0006 - nowo odkryty kwazar z soczewkowaniem grawitacyjnym, znalezionego podczas dedykowanego przeglądu nieba. Jest to oryginalna fotografia pochodząca z przeglądu SDSS, przy pomocy którego zidentyfikowano nowe przypadki soczewek grawitacyjnych.
Na powiększeniu pochodzącym z teleskopu Hubble'a widać wyraźnie dwa odległe kwazary (barwa biała) oraz masywną galaktykę  położoną pomiędzy nimi (pomarańczowa), która powoduje efekt soczewki grawitacyjnej. Źródło: Masamune Oguri, Naohisa Inada et al.


Rysunek poniżej pokazuje, w jaki sposób soczewkowanie grawitacyjne pozwala mierzyć prędkość kosmicznej ekspansji. Przyśpieszona ekspansja zwiększa nasz dystans do kwazara, co zwiększa szansę na znalezienie masywnej galaktyki w pobliżu drogi promienia światła, co z kolei daje sam efekt soczewkowania.
Źródło: Kavli IPMU

Liczba odsłon: 2637