Gromada galaktyk MACS J0454.1-0300
(Credits: ESA/Hubble)

"Analizując ewolucję gromad galaktyk, doszliśmy do wniosku, że nasze przewidywania dotyczące tych największych gromad różnią się od oczekiwań na bazie standardowego modelu kosmologicznego" - pisze dr Jan Jakub Ostrowski z Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ. Autor - jeden z 12 adiunktów NCBJ wyróżnionych w 2020 r. - wyjaśnia czym zajmuje się w swoich badaniach.

Wszechświat ma bardzo bogatą strukturę przestrzenną. Tworzą go galaktyki grupujące się w gromady i supergromady oraz gigantyczne pustki, których granice wyznaczają włókna, również zbudowane z galaktyk i materii międzygalaktycznej. Współczesna kosmologia próbuje wyjaśnić ten obraz, w dużej mierze za pomocą ogólnej teorii względności czyli teorii opisującej grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni. Problem, jaki się tu pojawia polega na tym, że ogólna teoria względności została dobrze zrozumiana i przetestowana na dystansie rzędu średnicy naszego Układu Słonecznego. Wszechświat jest niebotycznie większy, a więc siłą rzeczy stosując tę teorię do jego opisu opieramy się na gigantycznej ekstrapolacji. Obecny, standardowy model kosmologiczny przyjął właśnie taką strategię: patrzymy na uproszczony obraz Wszechświata na wielkich skalach poprzez ogólną teorię względności i na tak utworzone tło nakładamy wszelkie mniejsze niejednorodności jak galaktyki czy gromady galaktyk. Wraz z kolegami z Polski, Francji, Australii i Nowej Zelandii przyjęliśmy bardziej konserwatywne założenie - skupiamy się na w miarę dokładnym opisie małych struktur Wszechświata i dopiero z nich próbujemy w rygorystyczny matematycznie sposób odtworzyć jego globalny, wielkoskalowy obraz. W ramach tego szeroko zakrojonego projektu, w ciągu ostatnich dwóch lat udało nam się uzyskać interesujące wyniki. Analizując ewolucję gromad galaktyk, doszliśmy do wniosku, że nasze przewidywania dotyczące tych największych gromad różnią się od oczekiwań na bazie modelu standardowego - według naszego modelu powinniśmy obserwować więcej bardziej masywnych gromad galaktyk. Okazuje się, że takie gromady są już obserwowane i stanowią wyzwanie dla modelu standardowego. Ponadto, otrzymaliśmy w miarę dokładne oszacowania krzywizny gromad galaktyk na pewnym etapie ich ewolucji. Analogiczne obliczenia dotyczące pustek pozwolą na odtworzenie globalnej krzywizny Wszechświata na wielkich skalach. Te rozważania stanowią jeden z kluczowych aspektów w kontekście ciemnej materii i ciemnej energii, tajemniczych składników Wszechświata. Nasz projekt będzie kontynuowany w najbliższych latach, również dzięki wsparciu z niedawno uzyskanych grantów.