4 miesiące temu

Polscy naukowcy na tropie ciemnej energii – nowa technika pomiaru zaproponowana w Warszawie

Jednym z największych pytań, przed jakimi stoi współczesna astrofizyka jest określenie natury tajemniczej ciemnej energii.

Wizja artystyczna wybuchu gwiazdy prowadzącego do powstania błysku gamma. (Źródło: FUW/Tentaris/Maciej Frołow)

Wizja artystyczna wybuchu gwiazdy prowadzącego do powstania błysku gamma. (Źródło: FUW/Tentaris/Maciej Frołow)

Siła stanowiąca przyczynę rozszerzania się wszechświata może zostać już wkrótce zgłębiona dzięki nowej technice obserwacji zaproponowanej przez polsko-włoski zespół naukowców.

Odkryta stosunkowo niedawno ciemna energia stanowi prawdopodobnie główną siłę istniejącą w naszym wszechświecie. Mimo iż jest tak omnipotentna (wszechmocna) o jej istnieniu wiemy jedynie z obserwacji efektów jej działania, jednak nie jesteśmy w stanie zaobserwować ani zmierzyć jej bezpośrednio.

Teraz nowa metoda pomiaru odległości we wszechświecie, zaproponowana przez polskich fizyków, może pomóc w pozyskaniu wiedzy na temat tej tajemniczej siły. Wykorzystując do tego obserwacje rozbłyski gamma.

Błyski gamma to najpotężniejsze kosmiczne eksplozje, do których dochodzi w kosmosie. Są najjaśniejszymi źródłami promieniowania elektromagnetycznego znanymi we Wszechświecie, które potrafią trwać od milisekundy do kilku godzin. Większość zaobserwowanych przez ludzkość rozbłysków powstała w wyniku wybuchu supernowej albo hipernowej, gdy masywna gwiazda zapada się tworząc gwiazdę neutronową, lub czarną dziurę. Ich źródła są zlokalizowane miliardy lat świetlnych od ziemi i pochodzą głównie spoza naszej galaktyki.

Część z tych eksplozji pochodzi z najodleglejszych znanych nam części wszechświata i to dzięki obserwacji właściwości tych rozbłysków jesteśmy w stanie „po raz pierwszy (…) oszacować tempo ekspansji czasoprzestrzeni nawet w dość wczesnych epokach po Wielkim Wybuchu”, mówi prof. dr hab. Marek Demiański z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie opracowano metodę.

Polsko-włoska grupa astrofizyków zaproponowała, aby do pomiaru najdalszych odległości we Wszechświecie wykorzystać tzw. błyski długie, powstające prawdopodobnie podczas zapadania się jądra wielkiej gwiazdy i powstania czarnej dziury.

Emitowane wtedy promieniowanie gamma jest tak intensywne, że udaje się obserwować nawet tak stare obiekty, jak te które eksplodowały zaledwie 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

„Niektóre własności błysków gamma są ze sobą powiązane. Potrafimy powiedzieć, że jeśli zarejestrowane promieniowanie ma takie a nie inne cechy, to błysk musiał mieć taką a nie inną energię. Dzięki temu możemy używać błysków jako świec standardowych, do pomiaru odległości.

Z cech promieniowania emitowanego podczas błysków gamma potrafimy odczytać odległość, w jakiej doszło do eksplozji” tłumaczy czy dr Demiński.

Ostatecznym celem metody jest zaś określenie gęstości ciemnej energii w różnych epokach po Wielkim Wybuchu.

Jak czytamy w oświadczeniu prasowym wydanym przez uniwersytet „gdyby gęstość ta była stała, ciemna energia miałaby związek ze stałą kosmologiczną, czyli cechą czasoprzestrzeni. Lecz jeśli Wszechświat przyspiesza pod wpływem pola skalarnego, z uwagi na puchnięcie czasoprzestrzeni gęstość ciemnej energii powinna maleć”.

Poznanie odpowiedzi pozwoliłoby więc określić, czy ciemna energia jest własnością czasoprzestrzeni (stosując się do jej praw i tym samym zachowując stałą gęstość) czy zupełnie nową, nieznaną nam silą fizyczną.

Nowa metoda nie dostarczyła jeszcze odpowiedzi na to pytanie, jako że odległe błyski zdarzają się dość rzadko (do tej pory zaobserwowaliśmy ich jedynie 95) jest to na razie za mało, by postawić jednoznaczną odpowiedź. W miarę kolejnych obserwowanych błysków będziemy jednak w stanie z większą pewnością określić naturę ciemnej materii.

„Teraz pozostaje tylko czekać na kolejne kosmiczne fajerwerki”, podsumowuje prof. Demiański.