Przejdź do głównej zawartości

Aktywne galaktyki wskazują na nową fizykę kosmicznej ekspansji

Według wiodącego scenariusza, nasz Wszechświat zawiera jedynie kilka procent zwykłej materii. ¼ kosmosu składa się z nieuchwytnej ciemnej materii, którą możemy poczuć grawitacyjnie, ale nie zaobserwować, a reszta składa się z jeszcze bardziej tajemniczej ciemnej energii, która napędza obecne przyspieszenie ekspansji Wszechświata.


Model ma opierać się na mnogości danych zebranych w ciągu ostatnich kilku dekad, pochodzących z mikrofalowego promieniowania tła (CMB) – pierwszego światła w historii kosmosu, wyemitowanego zaledwie 380 000 lat po Wielkim Wybuchu i zaobserwowanego w niespotykanych szczegółach przez misję Planck – do bardziej „lokalnych” obserwacji. Te ostatnie obejmują eksplozje supernowych, gromady galaktyk i zniekształcenia grawitacyjne odciśnięte przez ciemną materię na odległych galaktykach i mogą być używane do śledzenia kosmicznej ekspansji w ostatnich epokach kosmicznej historii – w ciągu ostatnich dziesięciu miliardów lat.

Nowe badanie, prowadzone przez Guido Risaliti z Università di Firenze we Włoszech i Elisabeta Lusso z Durham University w Wielkiej Brytanii, wskazuje na inny typ kosmicznego znacznika – kwazary – który wypełniłby część luki między tymi obserwacjami, mierząc ekspansję Wszechświata do 12 mld lat wstecz.

Kwazary są jądrami galaktyk, w których aktywna supermasywna czarna dziura wciąga materię z otoczenia w bardzo intensywnym tempem, świecąc jasno w widmie elektromagnetycznym. Gdy materia opada na czarną dziurę, tworzy wirujący dysk, który promieniuje w świetle widzialnym i ultrafioletowym; to światło z kolei podgrzewa pobliskie elektrony, generując promieniowanie rentgenowskie.

Trzy lata temu Guido i Elisabeta zdali sobie sprawę, że dobrze znana relacja między promieniowaniem UV a promieniowaniem X kwazarów może być użyta do oszacowania odległości do tych źródeł, i, ostatecznie, do badania historii ekspansji Wszechświata.

Źródła astronomiczne, których właściwości pozwalają astronomom zmierzyć odległość do nich, nazywane są „świecami standardowymi”.

Najbardziej znana klasa świec standardowych – supernowe typu Ia – składa się ze spektakularnych upadków białych karłów po tym, gdy „przejedzą się” materią pochodzącą od ich gwiezdnych towarzyszy, co prowadzi do wybuchu o przewidywanej jasności, która pozwala astronomom określić odległość. Obserwacje tych supernowych pod koniec lat ‘90 ujawniły przyspieszenie ekspansji Wszechświata w ciągu ostatnich kilku miliardów lat.

„Używanie kwazarów jako świec standardowych ma ogromny potencjał, ponieważ możemy obserwować je na znacznie większych odległościach, niż supernowe typu Ia, więc wykorzystuje się je do zbadania znacznie wcześniejszych epok w historii kosmosu” – wyjaśnia Elisabeta.

Mając dużą próbkę kwazarów pod ręką, astronomowie wprowadzili teraz swoją metodę w życie a wyniki są zaskakujące.

Wkopując się w archiwa XMM-Newton, zgromadzili dane rentgenowskie dla ponad 7000 kwazarów, łącząc je z obserwacjami w UV z naziemnego przeglądu Sloan Digital Sky Survey. Wykorzystali również nowy zestaw danych, specjalnie uzyskanych z XMM-Newton w 2017 r. aby spojrzeć na odległe kwazary, obserwując je takimi, jakie były gdy Wszechświat liczył zaledwie 2 mld lat. W końcu uzupełnili dane niewielką liczbą jeszcze bardziej odległych kwazarów i pewnymi względnie bliskimi, obserwowanymi odpowiednio przez Chandra i Swift.

„Tak duża próbka pozwoliła nam zbadać dokładnie związek pomiędzy promieniowaniem X i UV kwazarów w drobiazgowych szczegółach, co znacznie poprawiło naszą technikę szacowania odległości” – mówi Guido.

Nowe obserwacje XMM-Newton odległych kwazarów są tak dokładne, że zespół zidentyfikował nawet dwie różne grupy: 70% źródeł świeci jasno w promieniach rentgenowskich o niskiej energii, podczas gdy pozostałe 30% emituje mniejsze ilości promieniowania X, które charakteryzuje się wyższymi energiami. W dalszej analizie zachowali tylko wcześniejszą grupę źródeł, w których wydaje się, że związek pomiędzy promieniowaniem rentgenowskim i UV jest wyraźny.

Po przejrzeniu danych i zwiększeniu próbki do około 1600 kwazarów, astronomom pozostawiono najlepsze obserwacje prowadzące do rzetelnych szacunków odległości do tych źródeł, które mogliby wykorzystać do zbadania ekspansji Wszechświata.

Analizując ten słabo zbadany okres kosmicznej historii za pomocą kwazarów, astronomowie ujawnili możliwe napięcie w standardowym modelu kosmologicznym, co może wymagać dodania specjalnych parametrów w celu pogodzenia danych z teorią.

Nawiasem mówiąc, ten konkretny model mógłby również załagodzić inne napięcie dotyczące stałej Hubble’a – obecnego tempa kosmicznej ekspansji. Rozbieżność ta została znaleziona między oszacowaniami stałej Hubble’a w lokalnym Wszechświecie, na podstawie danych z supernowych – i, niezależnie, gromadach galaktyk – oraz tych opartych na obserwacjach Plancka CMB we wczesnym Wszechświecie.

„Model ten jest dość interesujący, ponieważ może rozwiązać jednocześnie dwie zagadki, ale będziemy musieli przyjrzeć się jeszcze większej liczbie modeli, zanim rozwiążemy tę kosmiczną zagadkę” – dodaje Guido.

Zespół oczekuje dalszych obserwacji kwazarów w przyszłości, aby jeszcze bardziej udoskonalić swoje wyniki. Dodatkowe wskazówki pojawią się również dzięki misji Euklides zaplanowanej na 2022 rok, która będzie miała na celu zbadanie ostatnich 10 mld lat kosmicznej ekspansji oraz zbadania natury ciemnej materii.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…