มุมมองแผนผังของแผนที่สามมิติ SDSS ใหม่ คลิกเพื่อดูภาพขยาย
นักดาราศาสตร์จาก UC Berkeley ได้สร้างแผนที่สามมิติที่ครอบคลุมมากที่สุดของจักรวาลที่เคยตีพิมพ์ มันมีกาแลคซี 600,000 แห่งและขยายเวลา 5.6 พันล้านปีแสงสู่อวกาศ แผนที่นี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์ศึกษาหลักฐานเกี่ยวกับพลังงานมืด - พลังลึกลับที่เร่งการขยายตัวของจักรวาล
ทีมนักดาราศาสตร์นำโดย Nikhil Padmanabhan และ David Schlegel ได้ตีพิมพ์แผนที่สามมิติที่ใหญ่ที่สุดของเอกภพที่เคยสร้างมาชิ้นส่วนรูปลิ่มของจักรวาลที่ครอบคลุมหนึ่งในสิบของกาแลคซีสีแดงที่ส่องสว่างเป็นเอกลักษณ์ ขยายระยะเวลา 5.6 พันล้านปีแสงสู่อวกาศซึ่งเท่ากับ 40 เปอร์เซ็นต์ของเวลาย้อนกลับไปสู่บิ๊กแบง
Schlegel เป็นสมาชิกกองพลในแผนกฟิสิกส์ของ Lawrence Berkeley National Laboratory และ Padmanabhan จะเข้าร่วมฝ่ายฟิสิกส์ของ Lab ในฐานะเพื่อนของ Chamberlain และ Hubble Fellow ในเดือนกันยายน ปัจจุบันเขาอยู่ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน พวกเขาและผู้เขียนร่วมของพวกเขาเป็นสมาชิกของ Sloan Digital Sky Survey (SDSS) และเคยผลิตแผนที่ 3 มิติที่เล็กกว่าโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ SDSS ในนิวเม็กซิโกเพื่อรวบรวมสเปกตรัมของกาแลคซีแต่ละแห่งอย่างระมัดระวังและคำนวณระยะทางด้วยการวัด redshifts
“ มีอะไรใหม่เกี่ยวกับแผนที่นี้ว่ามันใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา” Padmanabhan กล่าว“ และมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับสเปกตรัมของแต่ละบุคคล”
Padmanabhan กล่าวว่าแรงจูงใจหลักในการสร้างแผนที่ 3 มิติขนาดใหญ่คือการเข้าใจว่าสสารมีการกระจายตัวอย่างไรในจักรวาล “ กาแลคซีที่สว่างที่สุดนั้นเปรียบเสมือนกระโจมไฟ - ที่ ๆ แสงสว่างอยู่ที่ไหนก็เป็นเช่นนั้น”
Schlegel กล่าวว่า“ เนื่องจากแผนที่นี้ครอบคลุมระยะทางไกลกว่าแผนที่ก่อนหน้านี้มากทำให้เราสามารถวัดโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่เป็นพันล้านปีแสง”
การแปรผันของการกระจายกาแลคซีที่ประกอบด้วยโครงสร้างขนาดใหญ่ที่มองเห็นได้นั้นสืบเชื้อสายมาโดยตรงจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาลซึ่งสะท้อนการแกว่งในเอกภพยุคแรกที่หนาแน่นซึ่งวัดได้อย่างแม่นยำมากโดยการทดลองบอลลูนและดาวเทียม WMAP
ผลที่ได้คือ "ไม้บรรทัด" ตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงปกติ (บางครั้งเรียกว่า "baryon oscillations" โดยมี baryons เป็นชวเลขสำหรับเรื่องธรรมดา) ซึ่งทำซ้ำในช่วงเวลาประมาณ 450 ล้านปีแสง
“ น่าเสียดายที่เป็นผู้ปกครองที่มีขนาดไม่สะดวก” Schlegel กล่าว “ เราต้องสุ่มตัวอย่างปริมาณมหาศาลของจักรวาลเพื่อให้พอดีกับผู้ปกครองข้างใน”
Padmanabhan กล่าวว่า“ แม้ว่าเอกภพมีอายุ 13.7 พันล้านปี แต่นั่นไม่ใช่เวลาทั้งหมดเมื่อคุณวัดด้วยไม้บรรทัดที่ทำเครื่องหมายทุก ๆ 450 ล้านปีแสง”
การกระจายตัวของกาแลคซีเผยให้เห็นหลายสิ่งหลายอย่าง แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งคือการวัดพลังงานมืดที่ลึกลับซึ่งคิดเป็นสามในสี่ของความหนาแน่นของเอกภพ (สสารมืดคิดเป็นประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ในขณะที่น้อยกว่า 5 เปอร์เซ็นต์เป็นเรื่องธรรมดาของกาแลคซีที่มองเห็นได้)
“ พลังงานมืดเป็นเพียงคำที่เราใช้สำหรับการสังเกตของเราว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งขึ้น” Padmanabhan กล่าว “ โดยการดูว่าการแปรผันของความหนาแน่นอยู่ในช่วงเวลาใดของพื้นหลังไมโครเวฟในจักรวาล” - เพียงประมาณ 300,000 ปีหลังจากบิกแบง -“ และดูว่าพวกมันพัฒนาเป็นแผนที่ที่ครอบคลุม 5.6 พันล้านปีที่ผ่านมาได้หรือไม่ พลังงานมืดถูกต้อง”
แผนที่ใหม่แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างขนาดใหญ่มีการกระจายอย่างแท้จริงตามแนวทางความคิดในปัจจุบันเกี่ยวกับการขยายตัวเร่งของเอกภพ การกระจายของสสารมืดในแผนที่ซึ่งแม้ว่าจะมองไม่เห็นจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงเช่นเดียวกับสสารปกติ แต่ก็สอดคล้องกับความเข้าใจในปัจจุบัน
สิ่งที่ทำให้แผนที่ 3 มิติใหม่ที่ยิ่งใหญ่เป็นไปได้คือกล้องโทรทรรศน์สนามกว้างของ Sloan Digital Sky Survey ซึ่งครอบคลุมมุมมองสามองศา “ ประภาคาร” หรือเครื่องหมายบอกระยะทาง: กาแลคซีสีแดงส่องสว่าง
“ นี่เป็นกาแลคซีสีแดงที่ตายแล้วซึ่งเก่าแก่ที่สุดในจักรวาลซึ่งดาวที่เผาไหม้อย่างรวดเร็วทั้งหมดได้ถูกทำลายไปนานแล้วและมีดาวสีแดงแก่เพียงดวงเดียวเท่านั้นที่เหลือ” Schlegel กล่าว “ ไม่เพียง แต่เป็นกาแลคซีสีแดงที่สุดเท่านั้น แต่ยังเป็นกาแลคซีที่สว่างที่สุดและมองเห็นได้ในระยะไกลอีกด้วย”
นักสำรวจท้องฟ้า Sloan Digital Sky Survey ทำงานกับเพื่อนร่วมงานในทีม Field Field สององศาของออสเตรเลียเพื่อหาค่าเฉลี่ยของสีและการเปลี่ยนสีแดงของตัวอย่างกาแลคซีสีแดงจำนวน 10,000 ดวงซึ่งเกี่ยวข้องกับสีของกาแลคซีถึงระยะทาง จากนั้นพวกเขาใช้การตรวจวัดเหล่านี้กับกาแลคซี 600,000 แห่งเพื่อวางแผนแผนที่
Padmanabhan ยอมรับว่า“ มีความไม่แน่นอนทางสถิติในการประยุกต์ใช้ความสัมพันธ์ระยะทางความสว่างที่ได้จากกาแลคซีสีแดงส่องสว่าง 10,000 ดวงให้กับ 600,000 คนโดยไม่ต้องวัดแต่ละบุคคล เกมที่เราเล่นคือเรามีจำนวนมากที่ค่าเฉลี่ยยังให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับการกระจายของพวกเขา และโดยไม่ต้องวัดสเปกตรัมเราสามารถมองลึกลงไปในอวกาศได้มากขึ้น”
Schlegel ยอมรับว่านักวิจัยอยู่ไกลจากการบรรลุความแม่นยำที่พวกเขาต้องการ “ แต่เราได้แสดงให้เห็นว่าการวัดดังกล่าวเป็นไปได้และเราได้กำหนดจุดเริ่มต้นสำหรับผู้ปกครองมาตรฐานของจักรวาลที่กำลังวิวัฒนาการ”
เขากล่าวว่า“ ขั้นตอนต่อไปคือการออกแบบการทดลองที่มีความแม่นยำซึ่งอาจขึ้นอยู่กับการดัดแปลงกล้องโทรทรรศน์ SDSS เรากำลังทำงานร่วมกับวิศวกรที่นี่ที่ Berkeley Lab เพื่อออกแบบกล้องโทรทรรศน์ใหม่เพื่อทำสิ่งที่เราต้องการจะทำ”
“ การรวมกลุ่มของกาแลคซีสีแดงที่ส่องสว่างในสโลน Digital Sky Survey Data Imaging Data” โดย Nikhil Padmanabhan, David J. Schlegel, Uros Seljak, Alexey Makarov, Neta A. Bahcall, Michael R. Blanton, Jonathan J. Eisenstein Douglas P. Finkbeiner, James E. Gunn, David W. Hogg,? bf? eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert Loveday, Robert H. Lupton, โรเบิร์ตซีนิโคล, โดนัลด์พีชเนเดอร์, Michael A. Strauss, Max Tegmark และ Donald G. York จะปรากฏในประกาศรายเดือนของ Royal Astronomical Society และมีวางจำหน่ายแล้วทางออนไลน์ที่ http://arxiv.org/archive/astro-ph
SDSS ได้รับการจัดการโดย Astrophysical Research Consortium สำหรับสถาบันที่เข้าร่วมซึ่งเป็นพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกัน, Astrophysical Institute Potsdam, มหาวิทยาลัยบาเซิล, มหาวิทยาลัย Cambridge, Case Western Reserve University, มหาวิทยาลัยชิคาโก, Drexel University, Fermilab, สถาบัน การศึกษาขั้นสูง, กลุ่มการมีส่วนร่วมของญี่ปุ่น, มหาวิทยาลัย Johns Hopkins, สถาบันร่วมด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์, สถาบัน Kavli for Astrophysics และจักรวาลวิทยา, กลุ่มนักวิทยาศาสตร์เกาหลี, สถาบันวิทยาศาสตร์จีน (LAMOST), ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos, Max- พลังค์ - สถาบันดาราศาสตร์ (MPIA), แม็กซ์ - พลังค์ - สถาบันดาราศาสตร์ (MPA), มหาวิทยาลัยรัฐนิวเม็กซิโก, มหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตต, มหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์ก, มหาวิทยาลัยพอร์ตสมั ธ , มหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน, หอสังเกตการณ์กองทัพเรือสหรัฐอเมริกาและมหาวิทยาลัย แห่งวอชิงตัน
SDSS ระดมทุนโดยมูลนิธิอัลเฟรดพีสโลน, สถาบันที่เข้าร่วม, มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ, กระทรวงพลังงานสหรัฐ, วิชาการบินและอวกาศแห่งชาติ, การบริหารอวกาศแห่งชาติของญี่ปุ่น, Monbukagakusho ญี่ปุ่น, Max Planck Society และสภากองทุนอุดมศึกษา อังกฤษ. เยี่ยมชมเว็บไซต์ SDSS ที่ http://www.sdss.org/
Berkeley Lab เป็นห้องปฏิบัติการแห่งชาติของกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาซึ่งตั้งอยู่ที่ Berkeley รัฐแคลิฟอร์เนีย มันดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่เป็นความลับและจัดการโดยมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย เยี่ยมชมเว็บไซต์ของเราที่ http://www.lbl.gov
แหล่งต้นฉบับ: Berkeley Lab
