Naš svemir star je približno 13,8 milijardi godina. Tijekom tog ogromnog razdoblja, male početne asimetrije prerasle su u velike strukture koje danas možemo vidjeti kroz teleskope: galaksije poput naše Mliječne staze, klastere galaksija i veće skupine materije i filamente plina i prašine. Brzina ovog rasta ovisi o nadmetanju prirodnih sila: može li tamna materija, koja drži sve na okupu svojom gravitacijom i privlači dodatnu materiju, održati ravnotežu protiv tamne energije koja gura svemir sve dalje? Precizno mjerenje struktura na nebu omogućuje nam promatranje ove borbe, ističe LMU astrofizičar Daniel Grün. Ovdje dolaze do izražaja projekti teleskopskih promatranja, koji precizno snimaju velike dijelove neba. Primjerice, tu su Dark Energy Survey s teleskopom Blanco u Čileu i nedavno pušten u pogon satelit Euclid. Znanstvenici LMU-a uključeni su u oba projekta već godinama.

Najveći dosad analizirani skup podataka
Iako precizno određivanje udaljenosti pojedinačnih struktura i galaksija od nas nije uvijek jednostavno, to je izuzetno važno. Što je galaksija dalje, to je duže svjetlo putovalo do nas, i starija je snimka svemira koju otkriva njezino promatranje. Promatrana boja galaksije, izmjerena teleskopima poput Blanca ili satelitima poput Euclida, pruža ključne informacije. Nova studija tima predvođena Jamie McCullough i Danielom Grünom, objavljena u časopisu MNRAS, analizirala je najveći dosad skup podataka i osvijetlila što boja različitih galaksija zapravo govori o njihovoj stvarnoj udaljenosti.

Udaljenost galaksije može se precizno odrediti spektroskopijom, mjerenjem spektralnih linija udaljenih galaksija. Kako se svemir širi, te linije se pojavljuju s duljim valnim duljinama, što je galaksija dalje od nas. Svjetlosni valovi udaljenih galaksija rastežu se na dugom putovanju do nas, što mijenja prividne boje koje instrumenti mjere. Ovaj efekt, poznat kao crveni pomak, čini da galaksije izgledaju crvenije nego što stvarno jesu, slično Dopplerovom efektu kod zvuka sirene hitne pomoći.

Nema dvije iste galaksije
Jamie McCullough, doktorandica na LMU i Sveučilištu Stanford, za svoju analizu koristila je spektroskopska mjerenja iz Dark Energy Spectroscopic Instrumenta (DESI) u kombinaciji s najvećim dosad skupom podataka za precizno mjerenje boja galaksija (KiDS-VIKING). Autori su kombinirali spektroskopske podatke iz DESI-ja za 230.000 galaksija s bojama tih galaksija u KiDS-VIKING istraživanju kako bi odredili odnos između udaljenosti galaksije od nas i njezine promatrane boje i svjetline. Nema dvije iste galaksije, ali za svaku klasu sličnih galaksija postoji poseban odnos između promatrane boje i crvenog pomaka. "Kombiniranjem informacija o udaljenosti s mjerenjima oblika galaksija možemo izvesti velike strukture iz svjetlosnih distorzija," kaže Jamie McCullough. Rezultati studije omogućuju statističko određivanje prave udaljenosti svake galaksije promatrane na slikama koje snima Euclid ili Dark Energy Survey.

Interaktivni let kroz milijune galaksija
Analizom promatranih distorzija slika galaksija, znanstvenici će moći saznati više o ponašanju kozmičkih struktura danas i prije milijardi godina te ih bolje razumjeti. Ovo će pružiti uvide u evolucijsku povijest svemira. Da bismo mogli promatrati tijek formiranja struktura tijekom vremena, dovoljno je izmjeriti strukture na različitim udaljenostima od Zemlje. Samo sa slikama to je gotovo nemoguće, jer se udaljenost galaksije ne može odrediti po njenom izgledu na slici. Studija Jamie McCullough pruža ključ za ovaj problem pružajući model za ono što nam prividna "boja" galaksije govori o njenoj udaljenosti od nas.

Promatranje borbe između tamne materije i tamne energije
Glavni cilj ovih preciznih promatranja i distribucije galaksija na različitim udaljenostima je dobivanje uvida u veliku borbu prirodnih sila tamne materije i tamne energije. "Da biste stvarno vidjeli što se događa, morate moći promatrati pojedine runde ove borbe," kaže Grün. Tamna energija je spremna uhvatiti korak i potencijalno zaustaviti formiranje većih skupina mase u svemiru. "Samo tada ćemo razumjeti što su zapravo tamna materija i tamna energija, i koja će na kraju prevladati."

Novi uvidi iz Euclid misije
Misija Euclid, predvođena ESA-om, nedavno je objavila prve znanstvene slike koje su pokazale sposobnost teleskopa da zabilježi cijeli klaster galaksija Perseus u jednoj slici. Euclid će mapirati područje 30.000 puta veće od ove slike, omogućujući istraživanje tamne energije, koja ubrzava širenje svemira. Tamna materija, pet puta češća od obične materije, bit će mapirana kako bi se proučavala njena distribucija i utjecaj na tamnu energiju kroz Euclidovu 3D kartu. Znanstvenici očekuju da će ova misija pružiti nove uvide u ove velike kozmološke misterije.

Napredak u razumijevanju tamne energije
Znanstvenici iz DES-a koristili su supernova tehniku kako bi odredili povijest širenja svemira. Ova metoda koristi tip Ia supernove, koje imaju gotovo jednaku stvarnu svjetlinu, omogućujući precizno određivanje relativnih udaljenosti. Rezultati DES-a pokazuju da bi tamna energija mogla varirati s vremenom, što zahtijeva dodatne podatke za konačne zaključke. Ovi rezultati su ključni za razumijevanje ubrzane ekspanzije svemira i buduće istraživačke projekte.

Izvor: National Aeronautics and Space Administration