Co je DESI a jak mapuje rozpínání vesmíru?
DESI je spektroskopický přístroj na čtyřmetrovém Mayallově dalekohledu v Arizoně. S pomocí tisíců optických vláken zaznamenává světlo galaxií a kvasarů. Z jejich spekter a poloh skládá trojrozměrnou mapu, jejíž statistické vzory pomáhají měřit historii rozpínání vesmíru.
© / kredit: DESI Collaboration/DOE/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/M. Sargent (Berkeley Lab) · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: zmenšení bez výřezu, doplnění rámečku a kreditu mimo obraz.
Kde DESI pracuje
Zkratka znamená Dark Energy Spectroscopic Instrument. Přístroj je instalován na Mayallově čtyřmetrovém dalekohledu observatoře Kitt Peak v Arizoně, na území národa Tohono O’odham. DESI tedy není družice ani nově postavený dalekohled: je to soustava přístrojů, která využívá existující velké zrcadlo.
Na oblohu se dívá přes zemskou atmosféru. Hlavním cílem nejsou velmi detailní obrazy jednotlivých galaxií, ale získání spekter obrovského počtu objektů. Pozemní umístění umožňuje obsluhovat rozsáhlou a technicky náročnou spektroskopickou aparaturu.
Jak může sledovat tisíce objektů najednou
V ohniskové rovině je 5 000 roboticky polohovaných optických vláken. Každé lze nasměrovat na vybraný bod obrazu oblohy. Světlo vláknem doputuje do spektrografu, který je rozdělí podle vlnové délky.
Detektory zaznamenají, kolik světla přichází v jednotlivých částech spektra. Po dokončení pozorování se polohy vláken přenastaví pro další pole. Výsledkem není 5 000 nezávislých fotografií, ale velké množství spekter s informacemi o vybraných zdrojích. Princip rozkladu světla vysvětluje téma o spektroskopii.
Od spektrální čáry ke třetímu rozměru mapy
Známé emisní a absorpční čáry mají laboratorně změřené vlnové délky. Posun jejich vzoru ve spektru vzdálené galaxie dovolí určit rudý posuv. Na následujícím schématu je jen princip tohoto porovnání, nikoli konkrétní spektrum DESI.
Dva směrové údaje určují polohu na obloze; rudý posuv přidává informaci související s hloubkou. Rudý posuv ale sám o sobě neudává vzdálenost. Vyjadřuje, v jakém poměru se změnila vlnová délka světla. Abychom z něj odvodili vzdálenost například ve světelných letech, potřebujeme model rozpínání vesmíru a musíme zohlednit také vlastní pohyb galaxie.
Vlastní početní ilustrace z = 0,1: modelové absorpční čáry 400, 500 a 600 nm se objeví na 440, 550 a 660 nm. Všechny vlnové délky se násobí 1,1; jejich rozdíly v nanometrech stejné nejsou. Nejde o naměřené spektrum.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Jak v rozložení galaxií poznáme stopy dávných zvukových vln
V raném vesmíru se v horké směsi běžné látky a záření šířily zvukové vlny. Jejich otisk zůstal v pozdějším rozložení hmoty. Označujeme jej jako baryonové akustické oscilace, BAO.
Když vědci porovnají vzdálenosti mezi velkým množstvím dvojic galaxií, zjistí, že určitý rozestup se vyskytuje o něco častěji než jiné blízké hodnoty. Jde o pozůstatek zvukových vln z raného vesmíru. Tento charakteristický rozestup se projeví až při vyhodnocení rozsáhlého souboru galaxií; jednotlivé sousední galaxie mohou být od sebe vzdálené velmi různě.
Vědci zjišťují, pod jakým úhlem tento charakteristický rozestup vidíme na obloze a jakému rozdílu rudých posuvů odpovídá ve směru pohledu. Porovnáním výsledků pro různé části vesmíru zkoumají vzdálenosti a rychlost rozpínání v různých obdobích jeho vývoje.
Abychom určili, jaké skutečné vzdálenosti tento charakteristický rozestup odpovídá, počítáme, jak daleko se zvukové vlny mohly v raném vesmíru rozšířit, než jejich otisk zůstal zachován v rozložení hmoty. Výpočet vychází z tehdejšího složení vesmíru a průběhu jeho rozpínání.
Změřil DESI přímo temnou energii?
Přímo měří světlo zdrojů. Vlastnosti temné energie se odvozují z toho, jak modely popisují historii rozpínání a růst struktur. DESI také využívá další informace o shlukování, nejen BAO.
Kombinace některých výsledků s reliktním zářením a supernovami naznačily, že by se temná energie mohla měnit v čase. Není to totéž jako potvrzený objev proměnlivé temné energie. Síla závěru závisí na kombinaci dat, předpokladech modelu i kontrole systematických chyb. Proto je důležité porovnávání s nezávislými měřeními, například z Euclidu.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Trojrozměrná mapa vesmíru není jen obrázek. DESI převádí velké množství měření světla na statistické testy rozpínání. Při zprávách o nové temné energii je dobré sledovat, která data a které předpoklady k závěru vedly.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)