Szczególna teoria względności w praktyce – liczenie galaktyk

Naukowcy badający kosmos mają swoją ulubioną filozofię znaną jako „zasada przeciętności”, która w gruncie rzeczy sugeruje, że Ziemia, Słońce czy galaktyka Drogi Mlecznej nie wyróżniają się niczym szczególnym na tle reszty Wszechświata.

Obraz przedstawiający blisko 10 000 galaktyk najgłębszego kosmosu w świetle widzialnym, rozciągającym się na miliardy lat świetlnych.
Źródło: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), Zespół HUDF.

Nowe badania prowadzone w CU Boulder dostarczają kolejnych dowodów na przeciętność: galaktyki są przeciętnie w spoczynku w stosunku do wczesnego Wszechświata. Jeremy Darling, profesor astrofizyki z CU Boulder, opublikował niedawno to kosmologiczne odkrycie w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters.

Badania te mówią nam, że ciekawy zabawny ruch, ale jest on zgodny ze wszystkim, co wiemy o Wszechświecie – nie dzieje się tu nic szczególnego – powiedział Darling. Nie jesteśmy wyjątkowi jako galaktyka ani jako obserwatorzy.

Około 35 lat temu naukowcy odkryli mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), czyli promieniowanie elektromagnetyczne, które pozostało po uformowaniu się Wszechświata podczas Wielkiego Wybuchu. Mikrofalowe promieniowanie tła wydaje się cieplejsze w kierunku naszego ruchu i chłodniejsze z dala od kierunku naszego ruchu.

Z tego blasku wczesnego Wszechświata naukowcy mogą wywnioskować, że Słońce – i krążąca wokół niego Ziemia – poruszają się w określonym kierunku i z określoną prędkością. Naukowcy odkryli, że nasza wnioskowana prędkość jest ułamkiem procenta prędkości światła – niewielkim, ale nie zerowym.

Naukowcy mogą samodzielnie sprawdzić to wnioskowanie, licząc galaktyki widoczne z Ziemi lub sumując ich jasności. Jest to możliwe głównie dzięki szczególnej teorii względności Alberta Einsteina z 1905 roku, która wyjaśnia, w jaki sposób prędkość wpływa na czas i przestrzeń. W jej zastosowaniu osoba na Ziemi patrząca na Wszechświat w jednym kierunku – w tym samym, w którym porusza się Słońce i Ziemia – powinna zobaczyć galaktyki jaśniejsze, bardziej niebieskie i bardziej skupione blisko siebie. Podobnie, patrząc w drugą stronę, osoba ta powinna zobaczyć galaktyki ciemniejsze, bardziej czerwone i od siebie oddalone.

Jednak gdy w ostatnich latach badacze próbowali liczyć galaktyki – co jest procesem trudnym do dokładnego wykonania – otrzymali liczby, które sugerują, że Słońce porusza się znacznie szybciej niż wcześniej sądzono, co jest sprzeczne ze standardową kosmologią.

Trudno jest policzyć galaktyki na całym niebie – zwykle pozostaje nam półkula lub mniej – powiedział Darling. Na dodatek nasza własna Galaktyka przeszkadza. Zawiera pył, który powoduje, że można znaleźć mniej galaktyk, i który sprawia, że wyglądają one na ciemniejsze, gdy zbliżają się do naszej Galaktyki.

Darling był zaintrygowany i zakłopotany tą kosmologiczną zagadką, więc postanowił sam ją zbadać. Wiedział również, że istnieją dwa niedawno opublikowane przeglądy, które mogą pomóc zwiększyć dokładność liczenia galaktyk i rzucić światło na zagadkę prędkości: jeden to Very Large Array Sky Survey (VLASS) w Nowym Meksyku, a drugi to Rapid Australian Square Kilometer Array Pathfinder Continuum Survey (RACS) w Australii.

Razem, te pomiary pozwoliły Darlingowi na zbadanie całego nieba poprzez połączenie obrazów z półkuli północnej i południowej. Co ważne, w nowych badaniach wykorzystano również fale radiowe, co ułatwiło „widzenie” przez pył Drogi Mlecznej, poprawiając tym samym obraz Wszechświata.

Kiedy Darling przeanalizował wyniki badań, stwierdził, że liczba galaktyk i ich jasność doskonale zgadzają się z prędkościami, które badacze wcześniej wywnioskowali z mikrofalowego promieniowania tła.

Ponieważ wyniki Darlinga różnią się od dotychczasowych, jego praca prawdopodobnie skłoni do przeprowadzenia kolejnych badań, które potwierdzą lub zakwestionują jego wyniki.

Odkrycia te nie tylko posuwają naprzód dziedzinę kosmologii, ale stanowią również dobry przykład zastosowania szczególnej teorii względności Einsteina w praktyce – i pokazują, w jaki sposób naukowcy nadal wykorzystują tę teorię w praktyce, ponad 100 lat po tym, jak słynny fizyk po raz pierwszy ją zaproponował.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono