Temná hmota může být ve vesmíru rozložena rovnoměrněji

ESO 042/16 tisková zpráva

Pečlivá analýza snímků rozsáhlých oblastí oblohy pořízených dalekohledem VST přinesla překvapivý výsledek

Analýza dat získaných v rámci rozsáhlé přehlídky galaxií, kterou v uplynulých letech prováděl dalekohled ESO/VST pracující na observatoři Paranal v Chile, naznačuje, že hustota temné hmoty ve vesmíru by mohla být nižší a její rozložení rovnoměrnější, než se dosud myslelo. Mezinárodní tým vědců využil snímky získané v rámci přehlídky KiDS (Kilo Degree Survey) k výzkumu vlivu gravitačního působení nejrozsáhlejších struktur hmoty ve vesmíru na světlo přicházející od patnácti milionů sledovaných vzdálených galaxií. Zdá se, že výsledky získané tímto způsobem jsou v rozporu se staršími závěry učiněnými na základě údajů z družice Planck.

Hendrik Hildebrandt (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo) a Massimo Viola (Leiden Observatory, Nizození) spolu s týmem spolupracovníků [1] z řady vědeckých institucí po celém světě zpracovávali snímky pořízené v rámci přehlídky KiDS (Kilo Degree Survey), která probíhá pomocí dalekohledu ESO/VST (VLT Survey Telescope) na observatoři Paranal v Chile. Při svém výzkumu využili záběry pokrývající pět vybraných oblastí oblohy o celkové ploše 2200krát přesahující rozměry kotouče Měsíce v úplňku [2] a na snímcích identifikovali asi 15 milionů galaxií.

Díky mimořádně kvalitním záběrům a s použitím inovativního počítačového programu se vědcům podařilo získat jedno z nejpřesnějších měření efektu, který je označován jako kosmický střih (cosmic shear). Jedná se o drobné poruchy v pozorovaném obrazu galaxií způsobené slabou gravitační čočkou (weak gravitational lensing) – paprsky světla přicházející ze vzdálených galaxií jsou mírně ohýbány gravitačním působením mezilehlých objektů.

V případě kosmického střihu to jsou velkorozměrové struktury (large-scale structures) vesmíru, které paprsky světla zakřivují. Ve srovnání s klasickým efektem gravitační čočky, který způsobují například kupy galaxií, nastávají v tomto případě mnohem nenápadnější efekty. Aby byl signál kosmického střihu dostatečně výrazný a astronomové ho mohli použít k mapování rozložení gravitačně působící hmoty, je potřeba využít data z rozsáhlých a hlubokých přehlídek oblohy, jako je třeba KiDS. Tato studie využívá záběry dosud největší celkové plochy oblohy, jaká byla touto technikou zmapována.

Jak se však zdá, výsledky provedených analýz jsou v rozporu se závěry učiněnými na základě měření družice Planck (European Space Agency), jedné z nejvýznamnějších nedávných kosmických misí určených ke zkoumání základních vlastností vesmíru. Členové týmu KiDS se konkrétně zabývali měřením klíčového kosmologického parametru (cosmological parameter), který udává, jakým způsobem je hmota ve vesmíru rozložena, a dospěli k výrazně nižší hodnotě, než jaká byla odvozena na základě měření satelitu Planck [3].

Massimo Viola vysvětluje: „Tento nejčerstvější výsledek naznačuje, že temná hmota, která představuje zhruba čtvrtinu celkové hmoty a energie ve vesmíru, se shlukuje méně, než jsme se doposud domnívali.“

Temná hmota stále uniká našemu pozorování. Její přítomnost ve vesmíru se projevuje pouze gravitačním působením. Studie tohoto typu představují v současnosti nejlepší způsob jak odhadnout uspořádání, rozměry shluků a celkové rozložení této neviditelné substance.

Překvapivý výsledek této studie má však dalekosáhlé implikace pro naše širší chápání celého vesmíru a jeho vývoje během téměř 14 miliard let trvající historie. Takto nápadná neshoda s dříve dosaženými výsledky pro astronomy znamená, že budou muset znovu prověřit současné chápání některých základních aspektů vývoje vesmíru.

Hendrik Hildebrandt to komentuje slovy: „Naše výsledky pomohou zlepšit stávající teoretické modely vývoje vesmíru od počátku až do současnosti.“

Analýza dat získaných dalekohledem VST v rámci projektu KiDS je důležitým krokem, ale očekává se, že budoucí generace teleskopů bude schopná poskytnout ještě širší a hlubší přehlídky oblohy.

Catherine Heymans (University of Edinburgh, UK) dodává: „Odhalování událostí, které se ve vesmíru odehrály od velkého třesku, je mimořádně obtížný úkol, ale zkoumáním vzdálených oblastí jsme schopni sestavit alespoň přibližný obraz toho, jakým způsobem vesmír dospěl ve svém vývoji až do současného stavu.“

„Rozpor, který vidíme mezi našimi výsledky a kosmologií podle satelitu Planck, je v tomto okamžiku do očí bijící. Budoucí kosmické mise, jako například satelit Euclid nebo projekt pozemního dalekohledu LSST (Large Synoptic Survey Telescope), nám umožní měření zopakovat a lépe pochopit, co nám vesmír o sobě tímto způsobem prozrazuje,“ dodává Konrad Kuijken (Leiden Observatory, Nizozemí), hlavní vědecký pracovník přehlídky KiDS.

Zdroj

Poznámky

[1] Mezinárodní tým přehlídky KiDS (KiDS team) je složen z vědců z Německa, Nizozemí, Spojeného království, Austrálie, Itálie, Malty a Kanady.

[2] To odpovídá ploše asi 450 čtverečních stupňů, což je o málo více než 1 % oblohy.

[3] Měřený parametr je označován jako S8. Jedná se o veličinu, která je kombinací velikosti hustotních fluktuací uvnitř a průměrné hustoty vně dané oblasti vesmíru. Velké fluktuace v oblastech s nízkou hustotou mají podobný efekt, jako fluktuace s menší amplitudou v oblastech hustějších. Mezi těmito dvěma variantami ale nelze rozhodnout na základě pozorování slabého gravitačního čočkování. Číslo 8 v označení parametru představuje základní rozměr sledované oblasti v megaparsecích, který je u tohoto typu měření zaveden konvencí.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku s názvem “KiDS-450: Cosmological parameter constraints from tomographic weak gravitational lensing” autorů H. Hildebrandt a kol., který vyšel ve vědeckém časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Složení týmu: H. Hildebrandt (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo), M. Viola (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), C. Heymans (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK), S. Joudaki (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Austrálie), K. Kuijken (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), C. Blake (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Austrálie), T. Erben (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo), B. Joachimi (University College London, London, UK), D. Klaes (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo), L. Miller (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, UK), C.B. Morrison (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo), R. Nakajima (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo), G. Verdoes Kleijn (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Nizozemí), A. Amon (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK), A. Choi (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK), G. Covone (Department of Physics, University of Napoli Federico II, Napoli, Itálie), J.T.A. de Jong (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), A. Dvornik (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), I. Fenech Conti (Institute of Space Sciences and Astronomy (ISSA), University of Malta, Msida, Malta; Department of Physics, University of Malta, Msida, Malta), A. Grado (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Itálie), J. Harnois-Déraps (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK; Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), R. Herbonnet (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), H. Hoekstra (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), F. Köhlinger (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), J. McFarland (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Nizozemí), A. Mead (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), J. Merten (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, UK), N. Napolitano (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Itálie), J.A. Peacock (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK), M. Radovich (INAF – Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Itálie), P. Schneider (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo), P. Simon (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo), E.A. Valentijn (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Nizozemí), J.L. van den Busch (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Německo), E. van Uitert (University College London, London, UK) a L. van Waerbeke (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky dalekohledu VST

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV , Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Hendrik Hildebrandt; Argelander-Institut für Astronomie; Bonn, Germany; Tel.: +49 228 73 1772; Email: hendrik@astro.uni-bonn.de

Massimo Viola; Leiden Observatory; Leiden, The Netherlands; Tel.: +31 (0)71 527 8442; Email: viola@strw.leidenuniv.nl

Catherine Heymans; Institute for Astronomy, University of Edinburgh; Edinburgh, United Kingdom; Tel.: +44 131 668 8301; Email: heymans@roe.ac.uk

Konrad Kuijken; Leiden Observatory; Leiden, The Netherlands; Tel.: +31 715275848; Mobil: +31 628956539; Email: kuijken@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei Munchen, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org