Kosmiczna latarnia mogłaby nam pomóc lepiej zrozumieć los Wszechświata

Nowe badania dostarczyły lepszy wgląd w linie emisyjne galaktyk wykorzystywane w kilku bieżących i nadchodzących badaniach, by pomóc nam lepiej zrozumieć tworzenie się i przeznaczenie Wszechświata.

Dążenie do określenia natury zarówno ciemnej materii jak i ciemnej energii skłoniło naukowców do przyjęcia nowych znaczników wielkoskalowej struktury Wszechświata, takich jak linie emisyjne galaktyk. Galaktyki te przedstawiają silne linie emisyjne z gazu podgrzewanego przez nowo utworzone gwiazdy.

Główna autorka badania, Violeta Gonzalez-Perez z Institute of Cosmology and Gravitation (ICG) Uniwersytetu Portsmouth, powiedziała: „Galaktyki to kosmiczne latarnie, które pokazują małe fragmenty kosmicznej historii, informujące nas o zmianach w czasoprzestrzennej strukturze Wszechświata. Silne tworzenie się nowych gwiazd w galaktykach pozostawia w ich widmach charakterystyczny ślad, który pozwala na precyzyjne określenie odległości do nich. Co więcej, ponieważ młode gwiazdy są bardzo jasne, galaktyki o silnej formacji gwiazd mogą być widoczne na przestrzeni kosmicznego czasu. To dwie cechy, które sprawiają, że linie emisyjne galaktyk są doskonałymi znacznikami kosmologicznymi przez długi okres czasu.”

Jednak obecne próbki linii emisyjnych galaktyk są niewielkie, a ich charakterystyka nie jest dobrze poznana. Modelowanie obliczeniowe jest jedynym sposobem, aby spróbować zrozumieć wszystkie procesy związane z tworzeniem się i ewolucją tych galaktyk.

Astronomowie z Institute of Cosmology and Gravitation zbadali charakterystykę linii emisyjnych galaktyk poprzez eksperymenty na superkomputerze Distributed Research utilising Advanced Computing (DiRAC) Uniwersytetu Durham.

Eksperymenty obliczeniowe koncentrowały się wokół czasu, w jakim Wszechświat przeszedł od dominacji materii do dominacji ciemnej energii, tak jak ma to miejsce obecnie. Odkryli, że większość linii emisyjnych galaktyk znajduje się w centrach grawitacyjnych studni potencjału, z masami równymi jedenastu miliardom mas Słońca. Obecne modele numeryczne powstawania i ewolucji galaktyk pokazują również, że linie emisyjne galaktyk śledzą podstawowe potencjały grawitacyjne w inny sposób, niż galaktyki wyselekcjonowane na podstawie ich masy gwiazdowej.

Następnie porównali swoje wyniki z oczekiwaniami z badań przeglądów SDSS-IV/eBOSS oraz Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Obydwa badania mają na celu pomiar wpływu ciemnej energii na ekspansję Wszechświata.

Dr Gonzalez-Perez powiedziała: „To porównanie poprawi nasze zrozumienie tworzenia się i ewolucji galaktyk i umożliwi naukowcom stworzenie bardziej realistycznego modelu mechanizmów produkujących linie emisyjne galaktyk.”

Astronomowie spodziewają się, że następnego lata przegląd SDSS-IV/eBOSS uzyska pierwsze kosmologiczne wyniki z tych znaczników. W nadchodzących latach DESI rozszerzy wykorzystanie linii emisyjnych galaktyk jako znaczników kosmologicznych. DESI ujrzy pierwsze światło 2019 roku i będzie mierzyć widma 35 milionów galaktyk, co będzie stanowić osiem razy więcej, niż wykazuje obecnie SDSS. W 2021 roku Euklides zacznie zbierać widma dla 50 milionów źródeł, koncentrując się wyłącznie na liniach emisyjnych galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
‘Cosmic lantern’ could help us further understand the fate of the Universe

Źródło: University of Pourtsmouth

Na zdjęciu: Pobliskie galaktyki NCG 4038 – 4039. Różowe fragmenty na zdjęciu pokazują światło z gazu ogrzewanego przez nowo powstałe gwiazdy. Źródło: NASA, ESA oraz The Hubble Heritage (STScl/AURA)-ESA/Hubble Collaboration.