Oamenii de ştiinţă nu pot călători departe în spaţiul cosmic, aşa cum Columb a navigat şi descoperit America. Cercetătorii de la Univ. Case Western Reserve şi două instituţii partenere au găsit o metodă de a cartografia întinderea şi structura universului.
Această tehnică (care se ghidează după lumina quasarilor), combinată cu speranţa descoperirii a milioane de quasari distanţi în decada următoare, ar putea produce o perspectivă inedită asupra trecutului cosmosului, foarte aproape de perioada de după marea explozie, când Universul avea doar o fracţiune minusculă din mărimea pe care o are în prezent.
Cercetătorii au descoperit cheia în timp ce analizau lumina vizibilă primită de la un grup mic de quasari.
Tiparele de variaţie a luminii în timp, atunci când erau corectate cu deplasarea spre roşu a quasarului, s-au dovedit coerente de la un quasar la altul. Această deplasare spre roşu apare deoarece expansiunea Universului îndepărtează odată cu ea şi quasarii observaţi, făcând astfel ca lumina venită de la ei să apară mai roşie (de aici şi termenul de “deplasare spre roşu”) şi, de asemenea, făcând ca variaţiile în timp să apară mai lent.
Analizând acest aspect pe toate părţile, prin măsurarea ratei de variaţie a luminii aparente a unui quasar şi comparând această rată cu variaţia ratei standard a grupului de quasari investigaţi, cercetătorii au putut să deducă deplasarea spre roşu a quasarilor.
Cunoaşterea deplasării spre roşu a quasarilor a permis cercetătorilor să calculeze mărimea relativă a Universului la momentul când lumina a fost emisă, comparativ cu mărimea Universului de azi.
"Se pare că suntem în posesia unei metode solide de cartografiere a evoluţiei expansiunii Universului", a afirmat Glenn Starkman, un profesor de fizică de la Universitatea Case Western Reserve şi unul din autorii studiului publicat în această vară în prestigioasa revistă Physical Review Letters.
"Dacă s-ar putea măsura deplasarea spre roşu a milioane de quasari, am putea ulterior să folosim aceste informaţii pentru a cartografia structura Universului pe baza acestor deplasări spre roşu tot mai mari." Cu cât deplasarea spre roşu e mai mare, cu atât mai departe şi mai bătrână este sursa de lumină.
Grupul de cercetători încearcă să găsească un grup mare de quasari care să confirme că structurile luminii primite de la aceştia sunt coerente şi pot fi folosite pentru a calcula deplasarea lor spre roşu, oriunde în Univers.
Studiul în cauză a fost condus de De-Chang Dai, care şi-a luat doctoratul lucrând cu Starkman şi care a fost, până mai recent, membru în Centrul de Astrofizică, Cosmologie şi Gravitaţie al Universităţii din Cape Town (Africa de Sud). Ceilalţi autori îi include pe Dr. Amanda Weltman, lector în cosmologie la aceeaşi universitate şi fraţii Branislav Stojkovic, un doctorand în informatică şi inginerie şi Dejan Stojkovic, un profesor de fizică la Universitatea de Stat Buffalo din New York. Dejan Stojkovic şi-a luat, de asemenea, doctoratul cu Starkman şi a fost mai târziu asistent universitar la Case Western Reserve.
Cercetătorii au construit un grafic al cantităţii de lumina de la 14 quasari, înregistrat de proiectul Massive Compact Halo Objects, care a căutat dovezi în legătură cu existenţa materiei întunecate în interiorul şi în jurul Căii Lactee. Lumina receptată de la fiecare quasar a fost măsurată în mod repetat de-a lungul a sute de zile.
Graficul a dezvăluit diverse faze în care cantitatea de lumină fie ar creşte, fie ar descreşte linear cu timpul, de-a lungul unei perioade lungi de timp.
Deşi alte proprietăţi au variat, rata la care lumina măsurată variază a fost aproape identică pentru toţi cei 14 quasari, odată ce corecţiile privind efectul expansiunii Universului au fost luate în calcul.
"Este ca şi cum cineva ar fi acţionat un întrerupător de lumină, mergând de la o lumină mică la una mai mare", a afirmat Starkman. "Tendinţa generală a fost în mod surprinzător una extrem de coerentă."
Această coerenţă a structurilor luminii înregistrate de la quasari a permis cercetătorilor să calculeze cu o acurateţe destul de mare deplasarea spre roşu a unui quasar în baza altuia.
Cercetătorii au testat această metodă în două feluri. Aceştia au aproximat segmente din curbele grafice ale luminii, adică lumina măsurată în timp, cu linii drepte. Pantele liniilor au fost coerente şi apăreau într-o relaţie directă cu deplasarea spre roşu a quasarilor.
Prin compararea înclinărilor pantelor a 13 quasari cu o valoare a deplasării spre roşu cunoscută a unui alt quasar, cercetătorii au putut calcula deplasarea spre roşu a unui quasar singuratic, cu o acurateţe de 2 puncte procentuale.
Într-o altă abordare, cercetătorii au luat secţiuni mai mari din curbele grafice ale luminii măsurate de la 2 quasari şi le-au concentrat în segmente de linii drepte care se potriveau cel mai bine cu curbele grafice. Prin varierea raportului dintre deplasările spre roşu ale celor doi quasari şi prin încercarea de a se găsi cea mai bună aproximare pentru cele două curbe grafice cu segmente de linie dreaptă, aceştia au putut să determine raportul deplasărilor spre roşu ale quasarilor, cu o acurateţe de 1,5 puncte procentuale.
Astronomii au folosit lumina strălucitoare a supernovelor cu deplasări spre roşu de cca 1,7 pentru a măsura expansiunea accelerată a Universului. O stea cu o deplasare spre roşu de 1,7 ar fi emis acea lumină când Universul era de 2,7 ori mai mic decât este astăzi.
Quasari mai bătrâni şi mai îndepărtaţi pentru care au fost măsurate deplasări spre roşu a luminii acestora de 7,1, au emis aceea lumină pe care noi o vedem azi când Universul era de 1/8 din mărimea lui actuală.
Dacă această metodă de calcul a deplasării spre roşu a luminii quasarilor se dovedeşte a fi aplicabilă şi quasarilor cu deplasări spre roşu mai mari, cercetătorii ar putea, astfel, să stabilească milioane de borne ce ar indica creşterea şi evoluţia structurii şi a expansiunii Universului pe distanţe foarte mari şi din perioade foarte îndepărtate ale vârstei Universului.
"Acest lucru ne-ar putea ajuta să cunoaştem cum forţa gravitaţiei a adunat laolaltă întreaga structură a Universului şi rata de creştere a structurii Universului ne poate ajuta să stabilim dacă energia întunecată sau legile modificate ale gravitaţiei sunt la originea expansiunii Universului", a afirmat Starkman.
Traducere realizată de Mihai Panoschi după quasars-mileposts-universe-expansion, cu acordul Phys.org.
