Quasares são galáxias jovens alimentados por buracos negros, extremamente brilhante, extremamente distante, e, portanto, altamente redshifted. O Baryon Oscillation Spectroscopic Inquérito (BOSS), o maior componente do terceiro Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), pioneira no uso de quasares para mapear variações de densidade do gás intergaláctico em altas redshifts, seguindo a estrutura do universo jovem. Gráficos BOSS a história da expansão do universo, a fim de iluminar a natureza da energia escura, e as novas medidas da estrutura em larga escala têm rendido a medição mais precisa da expansão desde galáxias se formou.
Os últimos resultados quasar combinar duas técnicas analíticas separadas. Um novo tipo de análise, liderada pelo físico Andreu Font-Ribera do Departamento de Energia dos EUA Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e sua equipe, foi publicado no ano passado. Análise utilizando uma abordagem testada, mas com muito mais dados do que antes, acaba de ser publicado pela Timothée Delubac, do EPFL Suíça e da França Centre de Saclay, e sua equipe. As duas análises em conjunto estabelecer a taxa de expansão em 68 quilômetros por segundo por milhão de anos-luz em redshift 2,34, com uma precisão sem precedentes de 2,2 por cento.
"Isso significa que, se olharmos para trás, para o universo em que era menos de um quarto de sua idade atual, veríamos que um par de galáxias separados por um milhão de anos-luz seria se afastando a uma velocidade de 68 quilômetros por segundo, como o universo se expande ", diz Font-Ribera, um pós-doutorado em Física da Divisão de Berkeley Lab. "A incerteza é mais ou menos a um quilómetro e meio por segundo." Font-Ribera apresentou os resultados no abr 2014 reunião da Sociedade Americana de Física, em Savannah, GA.
BOSS emprega ambas as galáxias e quasares distantes para medir oscilações acústicas Baryon (BAO ), uma marca de assinatura na forma como a matéria é distribuída, resultante de condições no universo primitivo. Embora também presentes na distribuição de matéria escura invisível, a marca é evidente na distribuição de matéria comum, incluindo galáxias, quasares e hidrogênio intergaláctico.
"Três anos atrás BOSS usado 14.000 quasares para demonstrar que poderia fazer os maiores mapas 3D do universo", diz Berkeley Lab David Schlegel, investigador principal do BOSS. "Dois anos atrás, com 48 mil quasares, primeiro detectado oscilações acústicas Baryon nestes mapas. Agora, com mais de 150.000 quasares, fizemos medidas extremamente precisas do BAO."
A marca BAO corresponde a um excesso de cerca de cinco por cento no agrupamento da matéria em uma separação conhecida como a escala BAO. Experiências recentes, incluindo BOSS eosatélite Planck estudo da radiação cósmica de fundo colocar a escala BAO, medida no universo de hoje, no muito próximo de 450 milhões de anos-luz - a "régua padrão" para medir a expansão.
BAO descende diretamente de ondas de pressão (ondas sonoras) que se deslocam através início do universo, quando as partículas de luz e matéria estavam inextricavelmente enredada; 380.000 anos após o Big Bang, o universo tinha esfriado o suficiente para a luz para ir livre. A radiação cósmica de fundo preserva um registro dos picos de densidade acústica precoce; estas foram as sementes da subsequente impressão BAO sobre a distribuição da matéria.
Trabalhos anteriores de BOSS usado o espectro de mais de um milhão de galáxias para medir a escala BAO com uma precisão de um por cento notável. Mas além redshift 0,7 (cerca de seis mil milhões de anos-luz de distância), as galáxias tornam-se mais fracos e mais difícil de ver. Para redshifts muito superiores, como os do presente estudo, com média de 2,34, BOSS foi pioneira no "Lyman-alfa floresta método "de usar os espectros dos quasares distantes para calcular a densidade de hidrogênio intergaláctico.
Como a luz de um quasar distante passa por intervir gás hidrogênio, manchas de maior densidade absorvem mais luz. As linhas de absorção de hidrogênio neutro no espectro (linhas de Lyman-alfa) identificar cada patch densa por quanto eles são redshifted. Há tantas linhas em tal espectro, de fato, que se assemelha a uma floresta - a floresta Lyman-alpha.
Com bastante bom espectros quasar, perto o suficiente, a posição das nuvens de gás podem ser mapeados em três dimensões - tanto ao longo da linha de visão para cada quasar e transversalmente entre manchas densas reveladas por outros espectros quasar. A partir destes mapas do sinal BAO é extraído.
Embora introduzido por BOSS apenas alguns anos atrás, este método de utilização de dados florestais Lyman-alfa, chamados de auto-correlação, agora parece quase tradicional. Os resultados de autocorrelação recém-publicado por Delubac e seus colegas utilizam o espectro de quase 140 mil quasares BOSS cuidadosamente selecionados.
Font-Ribera e seus colegas determinar BAO usando ainda mais quasares BOSS de uma maneira diferente. Em vez de comparar os espectros de outros espectros, a equipe de Font-Ribera correlacionados quasares-se os espectros de outros quasares, um método chamado de correlação cruzada.
"Quasares são galáxias massivas, e nós esperamos que eles estejam nas partes mais densas do universo, onde a densidade do gás intergaláctico também deve ser maior", diz Font-Ribera. "Por isso, esperamos encontrar mais gás absorvente do que a média quando olhamos perto quasares." A questão era se a correlação seria bom o suficiente para ver a marca BAO.
Na verdade, a marca BAO em correlação cruzada era forte. Delubac e sua equipe combinaram seus resultados de autocorrelação com os resultados de correlação cruzada de Font-Ribera e sua equipe, e eles convergiram para limitações estreitas para a escala BAO. Autocorrelação e correlação cruzada também convergiram na precisão de suas medidas de taxa de expansão do universo, chamado de parâmetro de Hubble . No redshift 2,34, a medida combinada foi equivalente a 68 mais ou menos 1,5 quilômetros por segundo por milhão de anos-luz.
"É a medida mais precisa do parâmetro de Hubble em qualquer redshift, ainda melhor do que a medição que temos do universo local em redshift zero", diz Font-Ribera. "Esses resultados nos permitem estudar a geometria do universo quando ele tinha apenas um quarto de sua idade atual Combinado com outros experimentos cosmológicos, podemos aprender sobre a energia escura e colocar restrições na curvatura do Universo -. Que é muito liso!"
David Schlegel observa que quando BOSS estava ficando primeiro curso, a técnica de correlação cruzada tinha sido sugerido, mas "alguns de nós estavam com medo que não iria funcionar. Estávamos errados. Nossas medidas de precisão são ainda melhor do que otimista esperava."
A imagem dramática no topo da página foi o primeiro a ser produzido por e-MERLIN, uma poderosa gama de radiotelescópios no Reino Unido. Este quasar duplo enigmático, descoberto pela primeira vez por Jodrell Bank, é um exemplo famoso da teoria da gravidade de Einstein em ação. A imagem mostra como a luz de um quasar bilhões de anos-luz de distância é dobrada em torno de uma galáxia em primeiro plano pela curvatura do espaço. Esta luz tem viajado para 9000 milhões anos antes de atingir a Terra. O quasar é uma galáxia alimentado por um buraco negro super-maciço, levando à expulsão de jatos de matéria que se deslocam a quase a velocidade da luz - uma das quais pode ser visto de arco para a esquerda nesta imagem e-MERLIN novo.
A curvatura do espaço resulta em uma "lente gravitacional" produzir imagens múltiplas do mesmo quasar - os dois mais brilhantes dessas imagens lensed pode ser visto aqui como dois objetos brilhantes, um abaixo do outro. A galáxia em primeiro plano, cuja massa é responsável pelo efeito de lente também é visível logo acima da imagem quasar mais baixo. A emissão de rádio visto na imagem e-MERLIN sugere que esta galáxia também abriga um buraco negro, embora um pouco menor.
The Daily Galaxy via DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory
Crédito de imagem: Banco Jodrell Centro de Astrofísica da Universidade de Manchester
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