Największa trójwymiarowa mapa Wszechświata sprzed 7 mld lat

Międzynarodowy zespół astronomów VIPERS (VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey, pol. Publiczny Pozagalaktyczny Przegląd Przesunięć ku Czerwieni zrobiony multispektrografem VIMOS), w którego skład wchodzą polscy naukowcy, zaprezentował właśnie największą trójwymiarową mapę Wszechświata sprzed 7 mld lat oraz udostępnił dane niezbędne do jej stworzenia.

Przegląd VIPERS to największy w historii przegląd galaktyk odległych od nas o więcej niż 5 mld lat świetlnych. Obserwacje prowadzone były przez prawie 8 lat przy pomocy multispektrografu VIMOS, zamontowanego na jednym z czterech 8,2-metrowych teleskopów VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Chile. Dzięki prawie 500 godzinom pracy jednego z największych ziemskich teleskopów astronomowie wyznaczyli odległości i poznali własności fizyczne ponad 90000 galaktyk. Pozwoliło to stworzyć pierwszą tak dużą i szczegółową trójwymiarową mapę Wszechświata. W rezultacie poznano budowę obszaru kosmosu tak dalekiego od nas, że światło znajdujących się w nim galaktyk podróżowało na ziemię aż 7 mld lat (ściślej – od 5 do 9 mld lat). Dziś widzimy zatem te obiekty takimi, jakimi były 7 mld lat temu, kiedy Wszechświat był dwa razy młodszy niż dziś.

Przegląd VIPERS to największy przegląd galaktyk, w jakim kiedykolwiek brały udział teleskopy należące do ESO. Dzięki wykonanym obserwacjom galaktyk sprzed kilku miliardów lat naukowcy dysponują teraz informacjami niezbędnymi, aby zrozumieć, jak zmieniały się z czasem galaktyki różnych typów i jak ewoluowały wypełniające je populacje gwiazd. Badania rozmieszczenia galaktyk pozwalają też „odkodować” rozkład tworzącej szkielet wielkoskalowej struktury Wszechświata ciemnej materii, a nawet wyciągać wnioski o naturze „ciemnej energii”, która sprawia, że właśnie od ok. 7 mld lat Wszechświat rozszerza się coraz szybciej.

„Według standardowego modelu kosmologicznego od momentu powstania 13,7 mld lat temu Wszechświat rozszerzał się coraz wolniej. Około 7 mld lat temu doszło do odwrócenia tej tendencji” – tłumaczy prof. Agnieszka Pollo (UJ i NCBJ), Kierownik Zakładu Astrofizyki Narodowego Centrum Badań Jądrowych – „obecnie Wszechświat rozszerza się coraz szybciej, a odpowiedzialność za to przyspieszenie przypisuje się tzw. ciemnej energii. Jaka jest jej natura – to wciąż pytanie bez odpowiedzi. Stworzenie największego w historii astronomii przeglądu galaktyk z tej odległej epoki przybliża nas rozwiązania jednej z największych zagadek współczesnej fizyki, chociaż mimo szczegółowej analizy danych nadal nie potrafimy udzielić jednoznacznej odpowiedzi na pytanie o naturę ciemnej energii”.

W pracach w tworzeniu mapy Wszechświata z okresu, gdy był on dwa razy młodszy niż obecnie uczestniczyli także polscy naukowcy – uczeni z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Warszawie, Uniwersytetu im. Jana Kochanowskiego w Kielcach i Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie (prof. Agnieszka Pollo z UJ i NCBJ, dr Katarzyna Małek i dr Aleksandra Solarz z NCBJ, dr Janusz Krywult z UJK, studenci i doktoranci z UJ, mgr Małgorzata Siudek z CFT PAN). M.in. astronomowie z polskiego zespołu dzięki badaniom kształtów i linii widmowych galaktyk dowiedli, że obserwowany dzisiaj podział galaktyk na dwa główne typy: aktywnie tworzące nowe gwiazdy galaktyki spiralne i wypełnione starymi gwiazdami nieaktywne galaktyki eliptyczne istniał już w czasach, gdy Wszechświat był dwa razy młodszy niż dziś. Dodatkowo, za pomocą algorytmów samouczących, polskim uczonym udało się sklasyfikować różne typy galaktyk, co w czasach wielkich przeglądów nieba jest niezwykle pomocne.

Na dostarczonej przez projekt VIPERS mapie Wszechświata widać potężne zwarte struktury, a w nich zgrupowania czerwonych – a więc starych – galaktyk. Niebieskie aktywne gwiazdotwórczo galaktyki, w których tworzą się gwiazdy, dominują w mniej zagęszczonych obszarach, tak samo, jak ma to miejsce dzisiaj, gdy Wszechświat liczy sobie prawie 14 miliardów lat. Podstawowe typy galaktyk musiały więc ukształtować się we Wszechświecie znacznie wcześniej. Naukowcy liczą, że w trakcie dalszych analiz danych VIPERS otrzymają kolejne przełomowe wyniki.