Czym są kosmiczne pustki?

Astronomowie wykorzystają należący do NASA Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, aby lepiej zbadać puste przestrzenie znajdujące się we Wszechświecie, znane jako kosmiczne pustki.

.Jak opisują naukowcy, nasz Wszechświat jest wypełniony galaktykami, rozciągającymi się we wszystkich kierunkach, jak tylko możliwe jest to do obserwacji przez współczesne instrumenty. Niektórzy badacze szacują, że w obserwowalnym kosmosie znajduje się aż 2 biliony galaktyk. Na pierwszy rzut oka struktury te mogą wydawać się rozmieszczone losowo w przestrzeni, ale tak nie jest. Dokładne mapowanie wykazało, że są one położone na powierzchniach ogromnych kosmicznych „bąbelków” o średnicy sięgającej kilkuset milionów lat świetlnych. Wewnątrz tych baniek znajduje się niewiele galaktyk, dlatego regiony te znane są jako kosmiczne pustki. W ramach nowego badania naukowcy zaplanowali wykorzystanie należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Nancy Grace Roman, aby móc dokładniej zmierzyć te obszary, co dostarczy nowych informacji na temat historii ekspansji Wszechświata. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie w The Astrophysical Journal.

„Zdolność Teleskopu Roman do obserwacji rozległych i odległych obszarów nieba, wykrywając mnóstwo słabych i odległych galaktyk, zrewolucjonizuje badania kosmicznych pustych przestrzeni” – mówi Giovanni Verza z Flatiron Institute i New York University.

Zdaniem astronomów, kosmos składa się z trzech kluczowych elementów: materii normalnej, ciemnej materii i ciemnej energii. Grawitacja materii normalnej i ciemnej próbuje spowolnić ekspansję Wszechświata, podczas gdy ciemna energia przeciwdziała tej sile, przyspieszając poszerzanie się kosmosu. Badacze do tej pory nie poznali natury ciemnej materii, jak i ciemnej energii, jednak próbują je zrozumieć, badając ich wpływ na zjawiska, które są możliwe do obserwacji, takie jak rozmieszczenie galaktyk w przestrzeni kosmicznej.

„Ponieważ są one stosunkowo pozbawione materii, pustki są obszarami przestrzeni kosmicznej, w których dominuje ciemna energia. Badając je, powinniśmy być w stanie lepiej poznać naturę ciemnej energii” – twierdzi Alice Pisani z French National Center for Scientific Research i Princeton University.

Aby określić, w jaki sposób Teleskop Roman mógłby badać kosmiczne pustki, naukowcy rozważali jeden z potencjalnych projektów Roman High-Latitude Wide-Area Survey, jednego z trzech głównych badań, które przeprowadzi urządzenie. Eksperyment ten będzie skupiać się na obszarach poza płaszczyzną naszej galaktyki. Astronomowie wskazują, że badanie to powinno umożliwić wykrycie i pomiar dziesiątek tysięcy kosmicznych pustych przestrzeni, z których niektóre mają zaledwie 20 milionów lat świetlnych średnicy. Tak duża liczba regionów tego rodzaju pozwoli naukowcom wykorzystać metody statystyczne do określenia, w jaki sposób otoczenie wpływa na ich kształty.

Aby określić rzeczywiste trójwymiarowe kształty kosmicznych pustek, astronomowie wykorzystają dwa rodzaje danych uzyskanych dzięki Teleskopowi Roman – położenie galaktyk na niebie oraz ich przesunięcie ku czerwieni, które określa się na podstawie danych spektroskopowych. Aby przeliczyć przesunięcie ku czerwieni na odległość fizyczną, astronomowie formułują założenia dotyczące składników Wszechświata, w tym siły ciemnej energii i jej ewolucji w czasie.

Badacze zakładają, że kosmiczne pustki będą miały kształt kulisty, ponieważ we Wszechświecie nie istnieje pojęcia kierunku (jest izontropowy) i mogły one rozszerzać się we wszystkie strony. Oznacza to, że jeśli ułożenie zostanie wykonane prawidłowo, wynikowy kształt będzie idealnie okrągły (lub kulisto symetryczny). Jeśli tak nie będzie naukowcy będą musieli zbadać czemu tak nie jest.

Astronomowie podkreślili, że aby badać duże ilości kosmicznych pustek, Teleskop będzie musiał być w stanie badać duże obszary Wszechświata, ponieważ przestrzenie te mogą mieć rozmiar dziesiątek lub setek milionów lat świetlnych. Dane spektroskopowe niezbędne do ich badania będą pochodzić z części projektu Roman High-Latitude Wide-Area Survey, który obejmie obszar nieba o powierzchni około 2400 stopni kwadratowych, co odpowiada wielkości około 12 tysięcy Księżyców w pełni.

.„Kosmiczne pustki charakteryzują się tym, że zawierają bardzo mało galaktyk. Aby je wykryć, trzeba więc być w stanie obserwować te, które są dość rzadkie i słabe. Dzięki Teleskopowi Roman będziemy mogli przyjrzeć się galaktykom zaludniającym pustki, co ostatecznie pozwoli nam lepiej zrozumieć parametry kosmologiczne, takie jak ciemna energia, które je kształtują” – podsumowuje Giulia Degni z Roma Tre University i National Institute of Nuclear Physics.

Oprac. EG