Kuvaluotto: Chandra
Tumma energia. Onko sitä olemassa, ja mitkä ovat sen ominaisuudet? Tähtitieteilijät ovat käyttäneet NASA: n Chandran röntgen observatorion galaksiklusterikuvia, jotka ovat tehokkaita, uusia menetelmiä tumman energian havaitsemiseksi ja tutkimiseksi. Tulokset tarjoavat kiehtovia vihjeitä tumman energian luonteesta ja maailmankaikkeuden kohtalosta. Marshall Center johtaa Chandra-ohjelmaa.
Kuva: Yhdistelmäkuva galaksiklusterista Abell 2029 (optinen: NOAO / Kitt Peak / J.Uson, D.Dale; röntgenkuva: NASA / CXC / IoA / S.Allen ym.)
Tähtitieteilijät ovat havainneet ja koettaneet tumman energian soveltamalla tehokasta, uutta menetelmää, joka käyttää NASA: n Chandran röntgenvalvontakeskuksen tekemiä kuvia galaksiklusterista. Tulokset jäljittävät universumin laajentumisen siirtymisen hidastumisesta kiihtyvään vaiheeseen useita miljardia vuotta sitten ja antavat kiehtovia vihjeitä tumman energian luonteesta ja maailmankaikkeuden kohtalosta.
"Tumma energia on ehkä suurin mysteeri fysiikassa", kertoi Steve Allen Englannin Cambridgen yliopiston tähtitieteen instituutista (IoA) ja tutkimuksen vetäjä. "Sellaisenaan on erittäin tärkeää tehdä riippumaton testi sen olemassaolosta ja ominaisuuksista."
Allen ja hänen kollegansa käyttivät Chandraa tutkiessaan 26 galaksiklusteria etäisyyksillä, jotka vastaavat yhden ja kahdeksan miljardin vuoden kevyitä matka-aikoja. Nämä tiedot kattavat ajan, jolloin maailmankaikkeus hidastui alkuperäisestä laajenemisestaan, ennen kuin se kiihtyi jälleen pimeän energian torjuvan vaikutuksen takia.
"Näemme suoraan, että maailmankaikkeuden laajentuminen kiihtyy mittaamalla etäisyydet näihin galaksi-klustereihin", sanoi Andy Fabian myös IoA: sta, tutkimuksen yhteis kirjoittaja. Uudet Chandran tulokset viittaavat siihen, että tumma energian tiheys ei muutu nopeasti ajan myötä, ja se voi jopa olla vakio, yhdenmukainen Albert Einsteinin ensimmäisen kerran käyttöön ottaman ”kosmologisen vakion” -käsitteen kanssa. Jos niin, maailmankaikkeuden odotetaan jatkavan laajentumista ikuisesti, joten monien miljardien vuosien aikana vain pieni osa tunnetuista galakseista on havaittavissa.
Jos pimeän energian tiheys on vakio, dramaattisemmat kohtalot universumille vältetään. Näihin kuuluu ”iso repäys”, jossa tumma energia kasvaa, kunnes galaksit, tähdet, planeetat ja lopulta atomit lopulta revitään. "Big Crunch", jossa maailmankaikkeus lopulta romahtaa itseensä, olisi myös poissuljettu.
Chandran pimeän energian koetin perustuu röntgenhavaintojen ainutlaatuiseen kykyyn havaita ja tutkia kuumaa kaasua galaksi-klustereissa. Näiden tietojen perusteella voidaan määrittää kuuman kaasun massan ja klusterissa olevan pimeän aineen massa. Kaasujakeen havaitut arvot riippuvat oletetusta etäisyydestä klusteriin, mikä puolestaan riippuu tilan kaarevuudesta ja tumman energian määrästä maailmankaikkeudessa.
Koska galaksiklusterit ovat niin suuria, niiden uskotaan edustavan oikeudenmukaista näytettä maailmankaikkeuden aineen sisällöstä. Jos näin on, niin kuuman kaasun ja tumman aineen suhteellisten määrien tulisi olla samat jokaisessa klusterissa. Tätä olettamaa käyttämällä Allen ja kollegat sääsivät etäisyysasteikon määrittääkseen, mikä sopii parhaiten tietoihin. Nämä etäisyydet osoittavat, että maailmankaikkeuden laajeneminen hidastui ensin ja alkoi sitten kiihtyä noin kuusi miljardia vuotta sitten.
Chandran havainnot ovat yhtä mieltä supernovan tuloksista, mukaan lukien Hubble Space Telescope (HST) -tulokset, jotka osoittivat ensin tumman energian vaikutuksen maailmankaikkeuden kiihtyvyyteen. Chandran tulokset ovat täysin riippumattomia supernovatekniikasta - sekä aallonpituudella että havaituilla kohteilla. Tällainen riippumaton todentaminen on tieteen kulmakivi. Tässä tapauksessa se auttaa poistamaan jäljellä olevat epäilyt supernovatekniikan virheellisyydestä.
"Chandra-menetelmällämme ei ole mitään tekemistä muiden tekniikoiden kanssa, joten he eivät ehdottomasti verta vetoomuksia niin sanotusti", kertoi Robert Schmidt Potsdamin yliopistosta, Saksa, toinen tutkimuksen yhteistyökumppani.
Parempia rajoituksia tumman energian määrälle ja sen suhteelle, kuinka se muuttuu ajan myötä, saadaan yhdistämällä röntgenkuvatulokset NASA: n Wilkinson-mikroaaltouuni-anisotrooppisen koettimen (WMAP) tietoihin, joka käytti kosmisen mikroaaltosäteilyn säteilyhavaintoja havaitakseen todisteita pimeästä energiasta hyvin varhaisessa universumissa. Yhdistettyjä tietoja käyttämällä Allen ja hänen kollegansa havaitsivat, että tumma energia muodostaa noin 75% maailmankaikkeudesta, tumma aine noin 21% ja näkyvä aine noin 4%.
Allen ja hänen kollegansa korostavat, että mittausten epävarmuustekijät ovat sellaisia, että tiedot ovat yhdenmukaisia tumman energian kanssa, jolla on vakioarvo. Nykyiset Chandra-tiedot kuitenkin sallivat mahdollisuuden, että pimeän energian tiheys kasvaa ajan myötä. Yksityiskohtaisempien tutkimusten Chandran, HST: n, WMAP: n ja tulevan operaation Constellation-X: n kanssa pitäisi tarjota paljon tarkempia rajoituksia tummalle energialle.
"Ennen kuin ymmärrämme paremmin kosmista kiihtyvyyttä ja pimeän energian luonnetta, emme voi toivoa ymmärtävän maailmankaikkeuden kohtaloa", sanoi riippumaton kommentaattori Michael Turner Chicagon yliopistosta.
Tutkimusryhmään kuuluivat myös Harald Ebeling Havaijin yliopistosta ja myöhäinen Leon van Speybroeck Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskuksesta. Tulokset ilmestyvät kuninkaallisen tähtitieteen seuran kuukausitiedoissa.
NASA: n Marshall-avaruuslentokeskus, Huntsville, Ala-Amerikka, hallinnoi Chandra-ohjelmaa NASA: n Space Space Science -toimistolle, Washington. Northrop Grumman Redondo Beachistä, Kalifornia, entinen TRW, Inc., oli observatorion pääurakoitsija. Smithsonian Astrophysical Observatory ohjaa tiede- ja lentotoimintaa Chandran röntgenkeskuksesta Cambridgessa, Massachusetts.
Lisätietoja ja kuvia on saatavana osoitteesta:
http://chandra.harvard.edu/
ja
http://chandra.nasa.gov/
Alkuperäinen lähde: NASA: n lehdistötiedote
