CHIME mierzy kosmiczny wodór bez map galaktyk – krok ku ciemnej energii

Międzynarodowy zespół naukowców udoskonalił sposób pomiaru emisji neutralnego wodoru we Wszechświecie za pomocą eksperymentu CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment). Nowa metoda nie wymaga już porównywania danych z mapami galaktyk, co dotąd było konieczne i bardzo kosztowne.

Na czym polegał problem

Wszechświat rozszerza się jak powoli nadmuchiwany balon: to nie galaktyki poruszają się w przestrzeni, lecz sama przestrzeń się rozciąga. Wiemy też, że ekspansja przyspiesza, a za to zjawisko odpowiada prawdopodobnie ciemna energia. Nie wiemy jednak, jak będzie ona zachowywać się w czasie.

CHIME rejestruje skumulowaną emisję wodoru z różnych miejsc i odległości. Mocny sygnał oznacza wiele galaktyk, słabszy – mało. Eksperyment zbiera jednak także zakłócenia z Ziemi oraz szum tła z Drogi Mlecznej. Aby upewnić się, że sygnał faktycznie pochodzi z galaktyk, trzeba było zestawiać go z mapami z innych teleskopów. Autorzy dwóch niedawno opublikowanych prac zmienili oprogramowanie tak, by mierzyć wodór bezpośrednio.

Po co wodór

Około 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu materia ochłodziła się na tyle, że fale ciśnienia w pierwotnym gazie „zamarzły”. Pozostał po nich ślad o rozmiarze 500 mln lat świetlnych, w którym częściej występuje skupiona materia. Jego pozorny rozmiar zmienia się wraz z odległością, więc śledzenie go pozwala odtworzyć historię ekspansji. Ponieważ taka materia zawiera dużo wodoru, najlepiej mierzyć właśnie ten pierwiastek.

Naukowcy wykorzystali dane z 94 nocy obserwacji z 2019 roku. Wyniki są zgodne z przewidywaniami standardowego modelu kosmologicznego, co sugeruje, że metoda działa. Do badania ewolucji ciemnej energii to jednak za mało.

Co dalej

Zespół chce teraz przeanalizować siedem lat obserwacji CHIME. Pozwoli to rozważyć trzy scenariusze: wieczną ekspansję, „wielkie rozdarcie” (big rip), w którym coraz silniejsza ciemna energia rozerwałaby kolejno gromady galaktyk, galaktyki, gwiazdy, planety i atomy, oraz „wielki kolaps” (big crunch), gdy osłabienie ciemnej energii doprowadziłoby do zapadnięcia się Wszechświata. Na razie nie wiadomo, który z nich jest realny, ale nowa metoda została potwierdzona.