On the Trail of a Mysterious Force in Space – Vědci vrhli nové světlo na temnou energii

Předběžná studie temné energie pomocí eROSITA ukazuje, že je rovnoměrně rozptýlena v prostoru a čase.

Pozorování vzdálených galaxií Edwinem Hubblem ve 20. letech 20. století vedlo k převratnému závěru, že náš vesmír se rozpíná. Až v roce 1998 však vědci studující supernovy typu Ia učinili překvapivý objev. A zjistili, že vesmír nejen roste, ale že se jeho expanze zrychluje.

„Abychom vysvětlili toto zrychlení, potřebujeme zdroj,“ říká Joe Mohr, astrofyzik z LMU. „Tento zdroj označujeme jako „temná energie“, která poskytuje jakousi „antigravitaci“ k urychlení kosmické expanze.“

Z vědeckého hlediska je existence temné energie a kosmického zrychlení překvapením, což naznačuje, že naše současné chápání fyziky je buď neúplné, nebo nesprávné. Význam exponenciálního rozpínání byl zdůrazněn v roce 2011, kdy jeho objevitelé získali Nobelovu cenu za fyziku.

„Mezitím se povaha temné energie stala dalším problémem, který získal Nobelovu cenu,“ říká Mohr.

I-Non Chiu z National Cheng Kung University na Tchaj-wanu ve spolupráci s astrofyziky LMU Matthiasem Kleinem, Sebastienem Bouquetem a Joe Mohrem nyní zveřejnili první studii temné energie pomocí rentgenového dalekohledu eROSITA, který se zaměřuje na kupy galaxií.

Antigravitace, kterou by temná energie způsobila, odtlačuje předměty od sebe a zastavuje tvorbu velkých vesmírných těles, která by jinak vznikla díky přitažlivé síle gravitace. Temná energie jako taková ovlivňuje, kde a jak se tvoří největší objekty ve vesmíru – kupy galaxií s celkovou hmotností od 1013 do 1015 hmotností Slunce.

„Můžeme se hodně naučit o povaze temné energie tím, že spočítáme počet galaktických kup tvořících se ve vesmíru jako funkci času – nebo v pozorovatelném vesmíru jako funkci rudého posuvu,“ vysvětluje Klein.

Kupy galaxií jsou však extrémně vzácné a obtížně se hledají, což vyžaduje skenování velké části oblohy nejcitlivějšími dalekohledy na světě. Za tímto účelem byl v roce 2019 spuštěn rentgenový vesmírný dalekohled eROSITA – projekt vedený Institutem Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku (MPE) v Mnichově, aby skenoval oblohu při hledání kup galaxií.

V malém průzkumu eROSITA Final Tropical Depth Survey (eFEDS), malém průzkumu určeném k ověření výkonu následného průzkumu All-Sky, bylo nalezeno asi 500 kup galaxií. To představuje dosud jeden z největších vzorků galaktických kup s nízkou hmotností a zahrnuje posledních 10 miliard let kosmického vývoje.

Chiu a kolegové pro svou studii použili dodatečný soubor dat nad daty eFEDS – fotometrická data ze strategického programu Subaru Hyper Suprime-Cam, který vedou astronomické komunity v Japonsku a na Tchaj-wanu.[{“ attribute=““>Princeton University.

The former LMU doctoral researcher I-Non Chiu and his LMU colleagues used this data to characterize the galaxy clusters in eFEDS and measure their masses using the process of weak gravitational lensing. The combination of the two datasets enabled the first cosmological study using galaxy clusters detected by eROSITA.

Their results show that, through comparison between the data and theoretical predictions, dark energy makes up around 76% of the total energy density in the universe. Moreover, the calculations indicated that the energy density of dark energy appears to be uniform in space and constant in time.

“Our results also agree well with other independent approaches, such as previous galaxy cluster studies as well as those using weak gravitational lensing and the cosmic microwave background,” says Bocquet. So far, all pieces of observational evidence, including the latest results from eFEDS, suggest that dark energy can be described by a simple constant, usually referred to as the ‘cosmological constant.’

“Although the current errors on the dark energy constraints are still larger than we would wish, this research employs a sample from eFEDS that after all occupies an area less than 1% of the full sky,” says Mohr. This first analysis has thus laid a solid foundation for future studies of the full-sky eROSITA sample as well as other cluster samples.

Reference: “Cosmological constraints from galaxy clusters and groups in the eROSITA final equatorial depth survey” by I-Non Chiu, Matthias Klein, Joseph Mohr and Sebastian Bocquet, 21 April 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad957