Kwazary jako znaczniki
rozkładu ciemnej energii

Opis projektu

Ciemna energia to największy problem współczesnej kosmologii. Według obecnej naszej wiedzy, Wszechświat składa się zaledwie w kilku procentach ze zwykłej świecącej materii, jaką znamy, w ponad dwudziestu procentach z tajemniczej ciemnej materii, której fizycy intensywnie poszukują w laboratoriach, oraz w ponad 70 procentach z ciemnej energii o egzotycznych własnościach, której nie rozumiemy. Tę energię można jednak śledzić patrząc na efekt, jaki wywiera na ruch odległych obiektów, zbudowanych ze zwykłej materii świecącej.

W naszym projekcie próbnikami ciemnej energii będą kwazary. Kwazary, odkryte (a raczej zidentyfikowane) w roku 1963 to obiekty w prawdziwie kosmologicznych odległościach kilku kilkunastu miliardów lat świetlnych, a zatem obserwując je sięgamy do epoki znacznie młodszego Wszechświata. Odległości do kwazarów podajemy przede wszystkim poprzez ich przesunięciu ku czerwieni, wywołane ekspansja Wszechświata, i najdalszy znany obecnie kwazar ma przesunięcie ku czerwieni 7.085. Kwazary to aktywne jądra galaktyk praktycznie wszystkie galaktyki zawierają w swoich centrach supermasywne czarne dziury o masach od miliona do kilku miliardów mas Słońca, i w niektórych (właśnie tych aktywnych) galaktykach do tych czarnych dziur wpada dużo gazu. Zanim ten gaz wpadnie do czarnej dziury, bardzo intensywnie świeci, i świecenie kwazarów może nawet tysiąckrotnie przekraczać świecenie wszystkich gwiazd w galaktyce macierzystej. Dzięki temu właśnie kwazary widać z ogromnych odległości. Planujemy wykorzystać kwazary do pomiaru ciemnej energii w sposób analogiczny do wykorzystania gwiazd supernowych. Musimy w tym celu określić jasność absolutną kwazara, i to jest kluczowa część projektu, a następnie jasność obserwowaną kwazara i jego przesunięcie ku czerwieni, co jest łatwe. W tej sposób mamy niezależny pomiar odległości (z porównania jasności absolutnej i jasności obserwowanej) oraz ekspansji Wszechświata (przesunięcie ku czerwieni) pomiędzy momentem wysłania światła przez kwazar a chwilą obecną. Z pomiarów innymi metodami wiemy już, że tempo ekspansji przyspiesza, co oznacza istnienie ciemnej energii, ale należy ten efekt zmierzyć jeszcze dokładniej.

Ocena jasności absolutnej jest trudna. W naszym projekcie będziemy opierać się o teorię powstawania Obszaru Szerokich Linii Emisyjnych, którą sformułowaliśmy w pracy Czerny & Hryniewicz (2011). Teoria ta stwierdza, że za powstawanie niskozjonizowanych silnych linii emisyjnych odpowiada pył w atmosferze dysku, otaczającego supermasywna czarną dziurę. Ogólnie znane własności pyłu określają warunki jego istnienia pył nie może powstać ani nawet przetrwać w temperaturze powyżej około 1000 K. Z kolei temperatura dysku zależy od odległości, ale i od jasności absolutnej otoczenia czarnej dziury. Dlatego wyznaczając odległość obszaru Szerokich Linii Emisyjnych możemy wyznaczyć pożądaną jasność absolutną.