Para sondar as maiores distâncias em nosso universo, procuramos as mais brilhantes fontes.
Quasares são certamente entre estes, e eles são numerosos. Infelizmente quasares apresentam grande dispersão em luminosidades, em todos os comprimentos de onda.
Isso os torna inutilizável como velas padrão para medição de distâncias cosmológicas.
No entanto, os cientistas descobriram um caminho possível para mapear a propagação e estrutura do universo, guiado pela luz de quasares.
A nova técnica baseada na construção de dois métodos independentes de encontrar o desvio para o vermelho de um quasar a partir de sua curva de luz mostram que um pode usar quasares como relógios padrão.
A técnica, combinada com a descoberta de milhões esperados mais distantes quasares, na próxima década, poderia render uma visão sem precedentes de volta a um tempo logo após o Big Bang, quando o Universo era uma fração do tamanho que é hoje.
Os investigadores encontraram a chave ao analisar a luz visível a partir de um pequeno grupo de quasares.Padrões de variação de luz ao longo do tempo foram consistentes de um quasar para outro quando corrigidos para redshift do quasar.
Crédito: NASA / JPL-Caltech
Este redshift ocorre porque um universo em expansão carrega os quasares longe de nós , tornando a luz de los parecer mais vermelho (daí o termo), e também fazendo as variações de tempo parecem ocorrer de forma mais lenta.
Passando esta ao redor, medindo a taxa em que a luz de um quasar parece variar e comparar esta taxa para a taxa normal em que os quasares amostrados realmente variar, os pesquisadores foram capazes de inferir o redshift do quasar.
Sabendo o redshift quasar permite aos cientistas calcular o tamanho relativo do universo quando a luz foi emitida, em comparação aos dias de hoje.
"Parece que nós podemos ter uma ferramenta útil para mapear a história da expansão do universo", disse Glenn Starkman, professor de física na Case Western Reserve e um dos autores do estudo, publicado este Verão na Physical Review Letters.
"Se pudéssemos medir os redshifts de milhões de quasares, podemos usá-los para mapear as estruturas do universo para um redshift de grande porte." Quanto maior o desvio para o vermelho, mais longe e mais velhos a fonte de luz.
Concepção artística de um quasar
O grupo planeja buscar amostras maiores de quasares, para confirmar os padrões são consistentes e podem ser usados para calcular seus redshifts em todos os lugares em todo o universo.
Os cientistas graficamente a quantidade de luz de 14 quasares gravadas pelo Pacto projeto de Halo objetos massivos, que procurou evidências de matéria escura dentro e ao redor da Via Láctea. Luz de cada quasar foi medido várias vezes ao longo de centenas de dias.
Representação gráfica revelou fases durante as quais a quantidade de luz que aumentar ou diminuir de uma forma linear durante um período prolongado de tempo.
Embora outras propriedades variadas, a taxa a que a luz mensurável mudado era quase idêntica entre os 14 quasares, uma vez que os cientistas corrigidos para os efeitos da expansão do universo.
"É como se houvesse um interruptor on-las com alguém rodar para a esquerda e depois a direita", disse Starkman. "A tendência geral foi surpreendentemente consistente."
Esta consistência dos padrões permitiu aos cientistas calcular com precisão o redshift cosmológico de um quasar de outro. Os pesquisadores testaram essa capacidade de duas maneiras.
Eles ajustam os segmentos das curvas de luz, isto é, a luz medida ao longo do tempo, a linhas rectas. As inclinações das linhas foram consistentes e parecia estar diretamente relacionado com redshifts os quasares.
Ao comparar encostas correspondentes de 13 quasares com um redshift conhecido para as encostas de um quasar outro, os pesquisadores puderam calcular o desvio para o vermelho do quasar solitário dentro de dois pontos percentuais.
Em uma segunda abordagem, os investigadores tomaram grandes seções de curvas de luz de dois quasares e concentrou-se nos segmentos que combinavam mais de perto. Variando a razão entre os redshifts dos dois quasares para tentar obter a melhor correspondência possível das duas curvas de luz, eles foram capazes de determinar a razão entre os redshifts quasares 'para dentro de 1,5 pontos percentuais.
Os astrônomos usaram a luz de supernovas com redshifts até cerca de 1,7 a medir a expansão acelerada do universo. Uma estrela com um desvio para o vermelho de 1,7 teria sido emitindo a luz quando o universo era 2,7 vezes menor do que hoje.
Quasares são mais velhos e mais longe e foram medidos com redshifts de até 7,1, o que significa que a luz emitida estamos vendo quando o universo era tão pequeno quanto um oitavo do tamanho que é hoje.
Se este método de determinação redshifts quasar prova aplicável aos maiores quasares redshift, os cientistas poderiam ter milhões de marcadores para rastrear o crescimento e evolução da estrutura e da expansão do universo a partir de grandes distâncias e tempos iniciais.
"Isso pode nos ajudar a aprender sobre como a gravidade montou estrutura no universo." Starkman disse. "E, a taxa de crescimento estrutura pode nos ajudar a determinar se a energia escura ou modificados leis da gravidade conduzir a expansão acelerada do universo."
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