13.12.2018
PL EN
07.03.2013 aktualizacja 07.03.2013

Precyzyjny pomiar rozmiarów Wszechświata, m.in. dzięki polskim uczonym

Międzynarodowy zespół naukowców, w większości polskich astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego, dokonał dokładnego wyznaczenia odległości do jednej z sąsiednich galaktyk – Wielkiego Obłoku Magellana. Wyniki ich prac opublikuje w czwartek magazyn "Nature".

Zespołem badaczy kierował prof. Grzegorz Pietrzyński z Obserwatorium Astronomicznego UW. Odległość do Wielkiego Obłoku Magellana wynosi - według najnowszego pomiaru - 160 tysięcy lat świetlnych, z dokładnością do 2 procent.

Konsekwencje tego pomiaru mają olbrzymie znaczenie dla całej astrofizyki i kosmologii, bowiem odległość do badanej galaktyki jest wzorcem stosowanym do skali odległości w całym Wszechświecie, niejako odpowiednikiem wzorca metra przechowywanego w Sèvres pod Paryżem.

Astronomowie badają rozmiary Wszechświata najpierw mierząc odległości do bliskich obiektów, a następnie używają ich jako wzorców do ustalenia dystansów coraz dalej w kosmosie. Nazywają to metodą świec standardowych. Łańcuch pomiarów jest jednak na tyle dokładny, na ile najsłabsze jego ogniwo, a tym jest właśnie dokładny dystans do Wielkiego Obłoku Magellana.

Odpowiednio wykalibrowana "astronomiczna linijka" służy m.in. do określenia wartości stałej Hubble’a, dla której ustalenie dokładnej wartości jest jednym z głównych wyzwań współczesnej astronomii. Stała ta opisuje bowiem tempo rozszerzania się Wszechświata, a dodatkowo może nas przybliżyć do rozwiązania zagadki ciemnej energii, która odpowiada za trzy czwarty masy całego Wszechświata.

Aby ustalić wartość stałej Hubble’a potrzebne są trzy kroki: wyznaczenie odległości do Wielkiego Obłoku Magellana, aby skalibrować zależności dla cefeid (rodzaj gwiazd zmiennych). Następnie za pomocą cefeid wyznaczenie odległości do dalszych galaktyk, w których zaobserwowano wybuchy supernowych, aby skalibrować zależności dla supernowych. Potem na podstawie obserwacji supernowych można mierzyć odległości do galaktyk znajdujących się jeszcze dalej.

Okazuje się, że największym problemem w tej złożonej i skomplikowanej procedurze wyznaczania rozmiarów Wszechświata jest dokładny i wiarygodny pomiar odległości do Wielkiego Obłoku Magellana.

"Dlatego pomiar odległości do Wielkiego Obłoku Magellana, stanowiący podstawę +kosmicznej linijki+, jest tak istotny dla współczesnej astrofizyki. W literaturze można znaleźć ponad 500 wyznaczeń odległości do tej galaktyki. Najbardziej wiarygodne wyznaczenia mają dokładność rzędu 10 proc. Trzeba zaznaczyć, że znakomita większość pomiarów wymagała dodatkowych założeń, co praktycznie uniemożliwia poprawną ocenę ich dokładności" - tłumaczy pierwszy autor publikacji, prof. Grzegorz Pietrzyński z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego oraz z chilijskiego Universidad de Concepción.

Obserwacje potrzebne do wyznaczenia dystansu do Wielkiego Obłoku Magellana zostały wykonane w ramach międzynarodowego projektu Araucaria, którego liderem jest prof. Pietrzyński. Naukowcy obserwowali wyselekcjonowane gwiazdy stosując duże teleskopy: 6.5-metrowy Teleskop Magellana w Obserwatorium Las Campanas, 3.6-metrowy teleskop ESO i 3.5-metrowy teleskopu NTT w Obserwatorium La Silla należącym do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO).

Badania trwały osiem lat. Do obserwacji wielkimi teleskopami wyselekcjonowano specjalne gwiazdy spośród bazy danych zebranej dla kilkudziesięciu milionów gwiazd z Wielkiego Obłoku Magellana, zawierające dane fotometryczne z projektu OGLE, prowadzonego przez Uniwersytet Warszawski.

Naukowcy wybrali do obserwacji bardzo rzadkie pary bliskich gwiazd podwójnych, zwanych układami zaćmieniowymi. Gdy dwie gwiazdy w takim układzie okrążają się nawzajem, to dla obserwatora na Ziemi co pewien czas regularnie się przesłaniają. Efektem są spadki blasku całego układu. Bardzo dokładne obserwacje tych zmian blasku pozwalają na ustalenie, jak duże są gwiazdy, jakie mają masy oraz poznanie różnych informacji o ich orbitach. Gdy dane te połączy się z pomiarami całkowitej jasności barwy, można zadziwiająco dokładnie ustalić odległość do pary gwiazd.

To nie jedyny sukces Polaków na polu wyznaczania odległości w kosmosie.

"Precyzyjne wyznaczenie odległości do Wielkiego Obłoku Magellana za pomocą gwiazd zaćmieniowych stanowi wielki krok dla niepodważalnego ustalenia skali odległości we Wszechświecie. Warto jednocześnie wspomnieć, że i dalsze szczeble wyznaczania odległości we Wszechświecie oparte są o polskie pomiary. Najprecyzyjniejsze istniejące kalibracje gwiazd pulsujących cefeid oparte są na badaniach tysięcy tego rodzaju obiektów odkrytych przez projekt OGLE w Obłokach Magellana" - tłumaczy prof. Andrzej Udalski, współautor pracy i lider projektu OGLE.

To jednak nie koniec, Polacy mają bowiem jeszcze ambitniejsze plany. "Pracujemy nad ulepszeniem naszej metody jeszcze bardziej i mamy nadzieję na wyznaczenie odległości do Wielkiego Obłoku Magellana z precyzją 1 proc. w ciągu najbliższych kilku lat. Ma to daleko idące konsekwencje nie tylko dla kosmologii, ale dla wielu pól astrofizyki" - podsumowuje Dariusz Graczyk z Universidad de Concepción w Chile, drugi autor artykułu w "Nature".

W składzie polskiego zespołu badawczego znajdują się: G. Pietrzyński, D. Graczyk, B. Pilecki, A. Udalski, I. Soszyński, S. Kozłowski, P. Konorski, K. Suchomska, M. Kubiak, M. Szymański, R. Poleski, Ł. Wyrzykowski, K. Ulaczyk, P. Pietrukowicz, M. Górski, P. Karczmarek (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego) oraz R. Smolec (Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN w Warszawie).

Oprócz naukowców z Polski w zespole są także badacze ze Stanów Zjednoczonych, Włoch, Francji, Niemiec i Chile.

PAP - Nauka w Polsce

cza/ agt/

Copyright © Fundacja PAP 2018