Oba przeglądy dostarczają informacji o rozmieszczeniu galaktyk. Nie mówią jednak nic o ciemnej materii, która stanowi większość masy Wszechświata. Badacze nie mają a priori żadnych powodów, by zakładać, że galaktyki są rozmieszczone w taki sam sposób, jak ciemna materia. Na przykład galaktyki mogłyby mieć tendencję do powstawania tylko w tych obszarach, w których gęstość ciemnej materii jest znacznie większa od gęstości średniej. Taki scenariusz astronomowie określają słowem „obciążenie” (biasing). Analizując starsze katalogi przesunięć ku czerwieni, wykazałem wraz ze współpracownikami, że rozkłady galaktyk i ciemnej materii są ściśle ze sobą związane. Nie byliśmy jednak w stanie znaleźć różnic pomiędzy prostymi modelami „obciążenia” a przypadkiem „bez obciążenia” (w którym gęstość materii świecącej jest zawsze takim samym ułamkiem całkowitej gęstości materii).

Ostatnio problem ten został rozwiązany przez Licie Verde z University of Pennsylvania i jej współpracowników, którzy dokonali szczegółowej analizy statystycznej rozmieszczenia galaktyk z przeglądu 2dF. Okazało się, że galaktyki nie są „obciążone”: pole ich gęstości ma takie same cechy jak pole gęstości ciemnej materii. Świecące galaktyki odwzorowują zatem wiernie rozmieszczenie ciemnej materii we Wszechświecie. Moc widma mocy UPORAWSZY SIĘ z PROBLEMEM obciążenia, kosmolodzy mogli już bez obaw zabrać się za analizę map kosmosu. Jednym z najbardziej użytecznych narzędzi statystycznych, jakie wykorzystuje się do opisu rozmieszczenia galaktyk, jest widmo mocy. Wyobraźmy sobie, że po Wszechświecie losowo rozrzucono jednakowej wielkości kule (o promieniu, powiedzmy, 40 min lat świetlnych) i policzono galaktyki znajdujące się w każdej z nich. Jeśli galaktyki się grupują, to stwierdzimy, że ich liczba fluktuuje (tzn. zmienia się z kuli na kulę).Amplituda tych fluktuacji jest wygodną miarą niejednorodności rozmieszczenia galaktyk w danej skali. Całą procedurę można wielokrotnie powtórzyć, za każdym razem zmieniając promień kul i obliczając odpowiadającą mu amplitudę. Wykres amplitudy w funkcji promienia to właśnie widmo mocy. Otrzymane z obserwacji widmo mocy jest bardzo ważną własnością naszego Wszechświata, która musi być dokładnie odtworzona przez teoretyczne modele kosmologiczne. Otrzymywanie widma mocy przypomina rozkładanie złożonych dźwięków na proste fale dźwiękowe o różnych długościach. Właśnie takie zadanie wykonuje graficzny kompensator domowego zestawu audio, który pokazuje, jak głośne są dźwięki basowe (o dużej długości fali), a jak sopranowe (o małej długości fali). W rozmieszczeniu galaktyk basom i sopranom odpowiadają fluktuacje wielko i drobnoskalowe. Na koncercie osoba z odpowiednio wyszkolonym słuchem bez trudu odróżni pikolo od fagotu i powie, który z tych instrumentów gra głośniej.

Kosmos wprawdzie milczy, ale widmo mocy zdradzi kosmologom, czy dominują w nim struktury o wielkich czy też o małych rozmiarach. Widma mocy otrzymane przez zespoły 2dF i SDSS zgadzają się ze sobą bardzo dobrze. Oglądając je, dostrzegamy przede wszystkim, że w coraz większych skalach fluktuacje stają się coraz słabsze [ilustracja na stronie 39]. Rozkład galaktyk jest więc praktycznie jednorodny tak jak wymaga tego zasada kosmologiczna Einsteina. Dostrzegamy też, że widmo mocy narysowane w skali logarytmicznej odchyla się od linii prostej. Odchylenie to świadczy o zmianach, jakie z upływem czasu zachodziły w dynamice Wszechświata. Z innych obserwacji wiadomo, że największy wkład do gęstości energii we Wszechświecie pochodzi obecnie od materii i niedawno odkrytego, tajemniczego czynnika, który nazwano ciemną energią. Gęstość energii fotonów, która została silnie zmniejszona przez kosmiczną ekspansję, jest dziś w porównaniu z nimi zaniedbywalna. Cofając się w czasie, osiągamy jednak w końcu epokę, w której dominującą formą energii były właśnie fotony (Wszechświat miał wtedy mniej niż 75 tys. lat).

Tagi: galaktyka, materia, gęstość

Katalog

Partnerzy

Reklama