Hartă 3D a structurii la scară mare a Universului

O echipă internaţională condusă de astronomi din cadrul Kyoto University, University of Tokyo şi din partea University of Oxford a lansat prima versiune a unei hărţi 3D a Universului în cadrul proiectului FastSound care are drept scop cartografierea galaxiilor depărtate.

Este vorba despre galaxiile din Univers aflate la peste nouă miliarde de ani-lumină distanță. Utilizând noul spectrograf Fiber Multi-Object Spectrograph (FMOS) din cadrul Subaru Telescope, harta 3D a echipei de astronomi include 1.100 de galaxii şi prezintă structura la scară mare a Universului din urmă cu nouă miliarde ani (Figura 1).

Figura 1: Proiectul FastSound al unei hărţi 3D prezentând structura, la scară mare, a unei regiuni din Univers aflată la aproximativ 4,7 miliarde de ani după Big Bang. Acest domeniu are o întindere unghiulară de 2,5 grade pe 3 grade din bolta cerească, pe o distanţă radială cuprinsă între 12 şi 14,5 miliarde de ani-lumină distanţă. Culorile galaxiilor indică rata lor de formarea a stelelor, adică masa totală a stelelor ce se formează în galaxie, în fiecare an. Nuanţa culorii din fundal reprezintă densitatea galaxiilor iar distribuţia masei (care este dominată de prezenţa aşa-numitei „materii întunecate", care reprezintă aproximativ 30% din energia totală din Univers) arată ca în figură dacă noi am putea observa această materie. În partea de jos a imaginii se prezintă o comparaţie relativă între zonele analizate în cadrul proiectului FastSound fată de cele observate de proiectul Sloan Digital Sky Survey (SDSS), arătând că proiectul FastSound realizează o cartografiere a unui Univers mult mai îndepărtat decât cel observat de SDSS, cu ajutorul unei hărţi 3D a Universului apropiat.
Credit: NAOJ, SDSS, CFHT.

Proiectul FastSound, unul dintre programele strategice ale Subaru Telescope, a început observațiile în martie 2012 şi le va continua în primăvara anului 2014. Deși cercetările desfăşurate cu ajutorul hărților 3D ale Universului au fost efectuate pentru Universul din apropiere (de exemplu, proiectul Sloan Digital Sky Survey a analizat un domeniu de până la cinci miliarde de ani-lumină distanță), proiectul FastSound se distinge prin întocmirea unei hărţi 3D a Universului îndepărtat care acoperă un domeniu mai mare al Universului, aflat la mai mult de zece miliarde de ani-lumină distanță. Spectrograful FMOS, din cadrul Subaru Telescope, a permis o cartografiere a unei mari porţiuni din bolta cerească. FMOS reprezintă un puternic spectrograf de câmp larg care permite o spectroscopie în infraroşul apropiat, la mai mult de 100 de obiecte la un moment dat. Câmpul de observaţie extrem de larg al spectrografului se datorează şi combinării domeniului infraroşu de observaţie cu cel optic, obţinut prin colectarea luminii cu ajutorul oglinzii primare de 8.2 m a telescopului Subaru.

Harta 3D cuprinde 1.100 de galaxii şi ea arată structura la scară mare a Universului cu nouă miliarde de ani în urmă. Harta se întinde pe 600 de milioane de ani-lumină în direcţie unghiulară şi pe două miliarde de ani-lumină în direcţie radială. Echipa va cerceta, în cele din urmă, o regiune ce reprezintă o arie unghiulară de aproximativ 30 de grade la pătrat de pe bolta cerească şi apoi va măsura, cu precizie, distanţele până la, aproximativ, 5000 de galaxii, care se află la mai mult de zece miliarde de ani-lumină distanţă. Deși gruparea galaxiilor din acea perioadă nu este la fel de strânsă ca în Universul de azi, interacţiunea gravitaţională va duce, în cele din urmă, la o gruparea mai strânsă a acestora, care creşte până la nivelul actual.

Harta 3D finală a Universului îndepărtat serveşte unui obiectiv ştiinţific principal al proiectului: măsurarea exactă a mişcării galaxiilor şi determinarea, în continuare, a ratei de creştere a structurilor cosmice aflate la scară mare, ca un test al teoriei generale a relativităţii a lui Einstein. Deşi oamenii de ştiinţă ştiu că expansiunea Universului este accelerată, ei nu cunosc de ce are loc acest proces, aceasta fiind una dintre cele mai importante întrebări din fizica contemporană şi astronomie. O formă necunoscută de energie, așa-numita „energie întunecată", pare să umple în mod uniform întregul Univers şi ea reprezintă aproximativ 70% din masa şi energia Universului și, după câte se pare, cauzează accelerarea expansiunii acestuia. Ca o alternativă la această ipoteză, o teorie fundamentală a gravitației la o scară cosmologică poate diferi de cea a relativității generale, care reprezintă teoria care descrie gravitația și spațiul-timp. O comparație a hărţii 3D a Universului tânăr cu predicțiile relativității generale ar putea dezvălui, în cele din urmă, cauza pentru misterioasa accelerare a expansiunii Universului.