Badania ekspansji wczesnego wszechświata

Wyznaczanie odległości do bardzo odległych obiektów w ostatnich latach nabrało bardzo dużego znaczenia w badaniach nad ewolucją obserwowanego Wszechświata. Zadanie to nie jest jednak łatwe. Do bliskich gwiazd jesteśmy w stanie wyznaczyć odległości metodą pomiaru paralaksy. Dla obiektów dalszych niż kilkaset parseków odwołujemy się najczęściej do koncepcji tzw. świecy standardowej. Widoma jasność obserwowanego obiektu zasadniczo zależy od dwóch czynników: prawdziwej mocy promieniowania obiektu oraz odległości w jakiej się znajduje. Jeżeli umiemy z obserwowanych cech obiektu wywnioskować jaka jest jego moc promieniowania, wtedy także potrafimy wyznaczyć jego odległość od nas.

W badaniach ewolucji wszechświata bardzo dużo zawdzięczamy supernowym typu Ia. To białe karły, które akumulując materię z pobliskiej gwiazdy przekraczają wytrzymałość swojej struktury i eksplodują. W takiej eksplozji wydziela się zawsze praktycznie taka sama ilość energii, co czyni z tych supernowych idealne narzędzie do zastosowania metody świecy standardowej. Dzięki obserwacjom tych zjawisk już pod koniec XX wieku dowiedzieliśmy się, że ekspansja Wszechświata, wbrew ogólnie uznawanemu modelowi wcale nie zwalnia, ale przyspiesza. Niestety supernowe Ia nie bardzo nadają się do sondowania zmian ekspansji bardzo młodego Wszechświata. Białe karły powstają pod koniec cyklu życia małomasywnych gwiazd, i nie zdążyły się jeszcze pojawić, gdy Wszechświat był młody. Zaobserwowano ledwie kilka takich zjawisk z czasów gdy Wszechświat miał mniej niż 5 miliardów lat.

Astronomowie z Arcetri Astrophysical Observatory we Florencji wskazali ostatnio jeszcze jedną grupę obiektów, dla których da się zastosować metodę świecy standardowej, a które obserwujemy już dla bardzo młodego Wszechświata. Są nimi kwazary. Dla tych z nich, które obserwuje się zarówno w ultrafiolecie jak i w promieniowaniu rentgenowskim udało się odkryć bardzo użyteczną relację. Znając jasność kwazara w obu tych obszarach promieniowania można wyznaczyć jego prawdziwą moc promieniowania w ultrafiolecie. Przyczyna występowania takiego związku nie jest jasna, jednak wynik ten czyni z kwazarów kolejne obiekty, dla których można zastosować metodę świecy standardowej. Precyzja uzyskanych w ten sposób odległości nie jest tak wysoka jak dla supernowych Ia, ale oba rodzaje obiektów pozwalają określić parametry modelu ekspansji Wszechświata wyraźnie lepiej niż do tej pory.

Na wykresie widać porównanie zasięgu w sondowaniu ekspansji Wszechświata przy użyciu supernowych Ia (niebieskie punkty) i kwazarów (ciemne punkty). Praktycznie nie obserwuje się supernowych Ia dla przesunięć ku czerwieni większych niż z=1,5. Błędy wyznaczenia odległości dla kwazarów są dużo większe, ale ze względu sporą ilość takich obiektów obserwowanych w młodym Wszechświecie, średnie wartości  modułu odległości są wyznaczone wystarczająco dobrze.  Linia ciągła obrazuje konkretny model ekspansji jaki udało się wyznaczyć dzięki połączeniu obu rodzajów danych.

Więcej na http://sci.esa.int/xmm-newton/56983-a-new-technique-to-gauge-the-distant-universe/ skąd pochodzi też pokazany obok wykres.