Nowe wyniki przeglądu nieba Kilo-Degree Survey (KiDS) wskazują, że Wszechświat jest o niemal 10 procent bardziej jednorodny, niż przewiduje standardowy model kosmologiczny (Λ-CDM). Najnowsze mapy przeglądu KiDS opracowano korzystając z kamery OmegaCAM zamontowanej na VLT Survey Telescope Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), znajdującym się na Cerro Paranal w północnym Chile. Międzynarodowy zespół astronomów, z udziałem dra Macieja Bilickiego z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN w Warszawie, przedstawił najnowsze wyniki kosmologiczne KiDS w pięciu artykułach, z których trzy ukazały się dzisiaj. Nowa mapa KiDS pokrywa 1000 stopni kwadratowych, co odpowiada 5% nieba dostępnego dla obserwacji kosmologicznych. W analizie uwzględniono 31 milionów galaktyk, z których najdalsze znajdują się nawet 10 miliardów lat świetlnych od nas. Światło docierające stamtąd do nas zostało wyemitowane, gdy Wszechświat był o połowę młodszy niż obecnie. KiDS obserwuje galaktyki, by tworzyć mapy rozkładu materii we Wszechświecie. Jest to możliwe dzięki zjawisku słabego soczewkowania grawitacyjnego. Światło od odległych galaktyk w drodze do nas jest nieznacznie uginane przez pola grawitacyjne wynikające z obecności znacznych ilości materii, na przykład w gromadach galaktyk. Tego efektu używa się, by badać jak silnie materia się gromadzi w największych skalach kosmicznych. Dotyczy to wszelkiej występującej we Wszechświecie materii, której ponad 90 procent stanowi niewidzialna ciemna materia oraz bardzo rozrzedzony gaz. W miarę upływu czasu materia przyciągając się grawitacyjnie tworzy skupiska, a Wszechświat staje się coraz mniej jednorodny. Równocześnie, nieprzerwane rozszerzanie się Wszechświata spowalnia powstawanie tych skupisk. Obydwoma tymi procesami rządzą prawa grawitacji, tak więc ich badanie jest ogromnie ważne dla sprawdzania prawidłowości standardowego modelu kosmologicznego, zwanego Λ-CDM. Model ten dość dokładnie przewiduje, jak rozkład zagęszczeń materii powinien się zmieniać w trakcie ewolucji Wszechświata. Najnowsze wyniki przeglądu KiDS wskazują jednak na pewną rozbieżność: Wszechświat jest niemal o 10 procent bardziej jednorodny, niż przewiduje model standardowy. Dr Marika Asgari z Uniwersytetu w Edynburgu, która współprowadziła badania, nazywa ten rezultat intrygującym: Standardowy model kosmologiczny wymaga obecności tajemniczej ciemnej materii i ciemnej energii, których fizyczny charakter nie jest znany. Dlatego musimy ten frapujący model poddawać ciągłym testom na wszelkie możliwe sposoby, i to właśnie robimy w naszym zespole. Wyniki przeglądu KiDS mogą być oznaką niekompletności modelu standardowego, na co wskazywać też może inna obserwowana rozbieżność, związana z pomiarami tempa rozszerzania się Wszechświata (tzw. stała Hubble’a). Dr. Tilman Tröster (Uniwersytet w Edynburgu) mówi: Pytanie brzmi, czy niezgodności te można usunąć dokonując drobnych poprawek w modelu, na przykład zakładając bardziej skomplikowane własności ciemnej materii niż obecnie uznawana hipoteza całkowicie pasywnej 'zimnej ciemnej materii'. Profesor Koen Kuijken z Uniwersytetu w Lejdzie, lider projektu KiDS, nie umie orzec, czy te niezgodności doprowadzą w końcu do całkowicie nowej teorii, która by na przykład mogła zastąpić ogólną teorię względności Einsteina. Obecnie staram się świadomie trzymać z dala od możliwych interpretacji teoretycznych, gdyż pragniemy się skoncentrować na dokonywaniu najdokładniejszych możliwych pomiarów. Prof. Hendrik Hildebrandt (Ruhr-Universität Bochum) dodaje: Analizując dane obserwacyjne chcemy pozostać jak najbardziej bezstronni i dokonywać jak najdokładniejszych pomiarów, bez uprzedzeń związanych z teorią. Jedno jest pewne: perspektywy są ekscytujące! Zespół KiDS potrzebuje więcej danych, by zyskać całkowitą pewność co do uzyskanego wyniku. Jest jedna szansa na tysiąc, że nasze pomiary dlatego nie są do końca zgodne z modelem standardowym, gdyż przypadkowo obserwujemy nietypowy fragment Wszechświata. - mówi Dr. Benjamin Joachimi (University College London). W ciągu najbliższych dwóch lat opublikowane zostaną ostateczne mapy z KiDS, obejmujące o 30% więcej powierzchni nieba niż obecnie. Będą one oparte o wszystkie obserwacje wykonane w ramach tego przeglądu. Jednak analiza obecnych danych KiDS jeszcze się nie zakończyła. Dr Maciej Bilicki z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN w Warszawie: Wciąż pracujemy nad nowymi katalogami korzystając z ogromnych i bogatych danych z naszego przeglądu. Obecnie koncentrujemy się na specyficznych rodzajach galaktyk, począwszy od tych względnie bliskich i «zwyczajnych», po najdalsze i często tajemnicze kwazary. Wyniki tych badań będą opublikowane jeszcze w tym roku, a głównymi autorami dwóch spośród przygotowywanych publikacji będą polscy badacze - oprócz dra Bilickiego, również mgr Szymon Nakoneczny oraz prof. Agnieszka Pollo z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Warszawie. Dwa inne projekty prowadzone obecnie, jeden z udziałem głównie astronomów amerykańskich, a drugi japońskich, mają podobny cel, co KiDS, lecz na podstawie danych uzyskanych w innych obserwatoriach. Od 2022 palma pierwszeństwa zostanie jednak przekazana jeszcze lepszym teleskopom: jednemu w Obserwatorium Very Rubin w Chile, który będzie kilkadziesiąt razy silniejszy niż VLT Survey Telescope, oraz misji kosmicznej Euclid, która uzyska znacznie wyraźniejsze obrazy niż to możliwe z Ziemi, dzięki ominięciu zakłóceń od naszej atmosfery. Polscy astronomowie, w tym dr Bilicki i inni naukowcy z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, biorą udział w przygotowaniach do pierwszego z tych przeglądów. Profesor Uniwersytetu w Edynburgu Catherine Heymans przewiduje: Dzięki tym nowym instrumentom poznamy rozkład ciemnej materii w znacznej części dostępnego kosmosu, co pozwoli nam odpowiedzieć na wiele pytań i, mamy nadzieję, naprawdę zrozumieć tajemniczą 'ciemną stronę' Wszechświata. Kontakt: dr Maciej Bilicki, Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej Akademii Nauk, Warszawa E-mail: bilicki@cft.edu.pl Zespół KiDS: informacji o przeglądzie i zespole KiDS znajduje się na stronie http://kids.strw.leidenuniv.nl (w języku angielskim). Publikacje naukowe: http://kids.strw.leidenuniv.nl/KiDS-1000_preprints.php Zbliżenie fragmentu mapy KiDS, pokazujące wycinek Wszechświata o rozmiarach około 1,5 na 1 miliard lat świetlnych. Na tej ilustracji kolory odpowiadają różnej gęstości materii: żółty oznacza dużą gęstość, zaś fioletowy – małą. Szary kwadracik pokazuje rozmiar pojedynczego „zdjęcia” w przeglądzie KiDS, w porównaniu z Księżycem w pełni przy zachowaniu skali na niebie. Cała mapa przeglądu KiDS składa się z ponad 1000 takich „zdjęć”. Źródło: B.Giblin, K.Kuijken i zespół KiDS.
