Wyjaśnienie rozwoju struktury kosmicznej

Badania prowadzone przez młodego wietnamskiego naukowca z University of Michigan (USA) dostarczyły dowodów na to, że duże struktury i połączenia między galaktykami we wszechświecie rozwijają się wolniej, niż przewidywała ogólna teoria względności Einsteina.

Dr Nguyen Nhat Minh – Zdjęcie: NVCC

W miarę upływu czasu i ewolucji wszechświata naukowcy spodziewają się, że duże struktury we wszechświecie – sieć materii łącząca galaktyki – będą rosły w tempie przewidywanym przez ogólną teorię względności Alberta Einsteina. Skoncentrowane obszary materii, takie jak gromady galaktyk, stają się coraz gęstsze, a puste przestrzenie stają się coraz bardziej puste.

Dowiedz się więcej o grawitacji i ciemnej energii

Naukowcy z Uniwersytetu Michigan wykazali również, że w miarę jak ciemna energia (rodzaj energii o nieznanej naturze, ale powszechnie występujący we Wszechświecie) przyspiesza ekspansję Wszechświata, rozbieżność między teorią a danymi staje się coraz bardziej oczywista. Głównym autorem pracy jest Nguyen Nhat Minh – młody wietnamski kosmolog, były student wydziału fizyki teoretycznej Uniwersytetu Nauk Przyrodniczych w Ho Chi Minh. Odkrycie zostało opublikowane w Physical Review Letters, czasopiśmie zajmującym pierwsze miejsce w rankingu Google Scholar w dziedzinie matematyki i fizyki. Ze względu na wagę odkrycia, badania zostały ocenione jako wybitne przez redakcję Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego i zostały opisane w wielu międzynarodowych czasopismach fizycznych. Galaktyki są połączone ze sobą wszędzie we Wszechświecie niczym gigantyczna pajęczyna. Ich rozmieszczenie w przestrzeni nie jest przypadkowe, lecz ma tendencję do skupiania się. W rzeczywistości cała sieć materii we Wszechświecie rozpoczęła się od maleńkich skupisk materii we wczesnym Wszechświecie, stopniowo rozrastając się w pojedyncze galaktyki i ostatecznie tworząc gromady galaktyk i włókna. Wszechświat nie składa się tylko z materii. Prawdopodobnie zawiera również tajemniczy składnik zwany ciemną energią. Ciemna energia przyspiesza ekspansję całego wszechświata. Kiedy ciemna energia przyspiesza ekspansję wszechświata, ma odwrotny wpływ na duże struktury. Dr Nhat Minh analizuje to zjawisko: „Jeśli grawitacja działa jak wzmacniacz, który wzmacnia zaburzenia materialne, sprzyjające ich wzrostowi w duże struktury, to ciemna energia działa jak tłumik, który osłabia zaburzenia i hamuje wzrost tych struktur”. Dlatego, według niego, „rozumiejąc, jak struktury we wszechświecie powstały i rozwinęły się, możemy lepiej zrozumieć naturę grawitacji i ciemnej energii”.

Materia we wczesnym wszechświecie stopniowo łączyła się w duże struktury kosmiczne w późnym okresie - Ilustracja: NHAT MINH - MAI THANH

Byliśmy zaskoczeni wysoką siłą statystyczną tego dowodu na anomalne hamowanie wzrostu. Szczerze mówiąc, wygląda na to, że Wszechświat próbuje nam coś powiedzieć. Teraz to my, kosmolodzy, musimy wyjaśnić te odkrycia.

Profesor Dragan Huterer

Kontynuuj badanie ruchu galaktyk

Dr Nhat Minh i jego współpracownicy, profesor Dragan Huterer i dr Yuewei Wen (oboje z Uniwersytetu Michigan), badali ewolucję dużych struktur w czasie w trakcie ewolucji Wszechświata, wykorzystując dane z wielu źródeł eksploracji kosmosu. Według Michigan News, po raz pierwszy wykorzystali mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), które składa się z fotonów wyemitowanych wkrótce po Wielkim Wybuchu, który stworzył Wszechświat. Fotony te dają obraz wczesnego Wszechświata. Kiedy fotony docierają do naszych teleskopów, ich ścieżki mogą zostać zakrzywione przez przyciąganie grawitacyjne dużych struktur wzdłuż ich trajektorii. Badając to zjawisko, naukowcy mogą wywnioskować strukturę i rozkład materii we Wszechświecie. Kosmolodzy wykorzystali zjawisko „zakłócania światła z odległych galaktyk tła przez oddziaływania grawitacyjne z materią między nimi a teleskopami”, dekodując zniekształcenia, aby określić, jak materia jest rozłożona między nami a odległymi galaktykami tła. „Najważniejsze jest to, że mikrofalowe promieniowanie tła i galaktyki tła znajdują się w różnych odległościach od naszych teleskopów, więc słabe soczewkowanie grawitacyjne galaktyk dostarcza nam informacji o rozkładzie materii we wszechświecie w czasie bliższym nam niż informacje o rozkładzie materii uzyskane na podstawie słabego soczewkowania grawitacyjnego mikrofalowego promieniowania tła” – wyjaśnił Nhat Minh w wywiadzie dla „Michigan News”. Aby śledzić rozwój struktur w jeszcze późniejszych okresach, kosmolodzy nadal badają ruch galaktyk w pobliskim wszechświecie. Kiedy galaktyki znajdują się w zasięgu grawitacyjnego oddziaływania struktur kosmicznych, ich ruchy dostarczają informacji bezpośrednio związanych z rozwojem tej struktury.

Nowe wyniki badań wyjaśniają „sprzeczność S8”?

Nowe odkrycie naukowców może rozwiązać tzw. „kontrowersję wokół S8” w kosmologii. S8 to parametr opisujący wzrost struktur we Wszechświecie. Nieporozumienie pojawiło się, gdy naukowcy zastosowali dwie różne metody do określenia wartości S8, a wartości uzyskane za pomocą obu metod nie były zgodne. Pierwsza metoda, wykorzystująca fotony z mikrofalowego promieniowania tła, wykazała wyższą wartość S8 niż wartość wywnioskowana z pomiarów słabego soczewkowania grawitacyjnego (które rozciąga i odkształca obserwowany kształt galaktyk) oraz skupisk galaktyk. Żadna z metod nie mierzy wzrostu struktur w chwili obecnej. Zamiast tego badają struktury we wcześniejszych okresach, a następnie ekstrapolują je do teraźniejszości, zakładając, że Model Standardowy jest poprawnym modelem Wszechświata. Struktura uzyskana z mikrofalowego promieniowania tła jest zbliżona do wczesnego Wszechświata, podczas gdy struktura uzyskana z soczewkowania grawitacyjnego i skupisk galaktyk znajduje się w późniejszym Wszechświecie, bliższym teraźniejszości. Zdaniem dr Nhat Minha, odkrycia naukowców dotyczące zahamowania wzrostu materii i struktur w późnym okresie istnienia wszechświata sprawią, że dwie wartości S8 uzyskane z dwóch pomiarów będą ze sobą całkowicie zgodne.

Tuoitre.vn