Naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali, jak wczesny Wszechświat poruszał się w ekstremalnie zwolnionym tempie, otwierając jedną z tajemnic rozszerzającego się Wszechświata Einsteina.
Ogólna teoria względności Einsteina oznacza, że powinniśmy obserwować odległy – a zatem starożytny – wszechświat poruszający się znacznie wolniej niż obecnie. Jednak cofnięcie się w tak odległą przeszłość okazało się nieuchwytne. Naukowcy rozwikłali teraz tę tajemnicę, używając kwazarów jako „zegarów”.
„Patrząc wstecz na czas, gdy Wszechświat miał nieco ponad miliard lat, widzimy, że czas wydaje się płynąć pięć razy wolniej” – powiedział główny autor badań, profesor Geraint Lewis z School of Physics i Sydney Institute for Astronomy w Uniwersytet w Sydney.
„Gdybyś tam był, w tym niemowlęcym wszechświecie, jedna sekunda wydawałaby się jedną sekundą – ale z naszej pozycji, ponad 12 miliardów lat w przyszłość, ten wczesny czas wydaje się ciągnąć”.
Wyniki badań opublikowano dzisiaj w Nature Astronomy.
Profesor Lewis i jego współpracownik, dr Brendon Brewer z University of Auckland, wykorzystali dane obserwowane z prawie 200 kwazarów – hiperaktywnych supermasywnych czarnych dziur w centrach wczesnych galaktyk – do analizy dylatacji czasu.
„Dzięki Einsteinowi wiemy, że czas i przestrzeń są ze sobą powiązane, a od zarania dziejów w osobliwości Wielkiego Wybuchu wszechświat się rozszerza” – powiedział profesor Lewis.
„Ta ekspansja przestrzeni oznacza, że nasze obserwacje wczesnego Wszechświata powinny wydawać się znacznie wolniejsze niż dzisiejszy bieg czasu.
„W tym artykule ustaliliśmy, że wstecz do około miliarda lat po Wielkim Wybuchu”.
Wcześniej astronomowie potwierdzili, że ten wolno poruszający się Wszechświat sięga mniej więcej połowy wieku Wszechświata, używając supernowych – masywnych eksplodujących gwiazd – jako „standardowych zegarów”. Ale chociaż supernowe są niezwykle jasne, trudno je zaobserwować z ogromnych odległości potrzebnych do zajrzenia do wczesnego Wszechświata.
Dzięki obserwacji kwazarów ten horyzont czasowy został cofnięty do zaledwie jednej dziesiątej wieku Wszechświata, potwierdzając, że Wszechświat wydaje się przyspieszać wraz ze starzeniem się.
Profesor Lewis powiedział: „Tam, gdzie supernowe działają jak pojedynczy błysk światła, co ułatwia ich badanie, kwazary są bardziej złożone, jak ciągły pokaz sztucznych ogni.
„To, co zrobiliśmy, to rozwikłanie tego pokazu sztucznych ogni, pokazując, że również kwazary mogą być używane jako standardowe znaczniki czasu we wczesnym wszechświecie”.
Profesor Lewis współpracował z astrostatystykiem dr Brewerem, aby zbadać szczegóły 190 kwazarów zaobserwowanych w ciągu dwóch dekad. Łącząc obserwacje wykonane w różnych kolorach (lub długościach fal) – zielonym, czerwonym i podczerwonym – byli w stanie ujednolicić „tykanie” każdego kwazara. Dzięki zastosowaniu analizy bayesowskiej odkryli, że ekspansja wszechświata jest odciśnięta na tykaniu każdego kwazara.
„Dzięki tym wspaniałym danym byliśmy w stanie sporządzić wykres tykania zegarów kwazarów, ujawniając wpływ rozszerzania się przestrzeni” – powiedział profesor Lewis.
Wyniki te dodatkowo potwierdzają wizję Einsteina rozszerzającego się Wszechświata, ale kontrastują z wcześniejszymi badaniami, w których nie udało się zidentyfikować dylatacji czasu odległych kwazarów.
„Te wcześniejsze badania doprowadziły ludzi do pytania, czy kwazary są naprawdę obiektami kosmologicznymi, a nawet czy idea rozszerzania się przestrzeni jest poprawna” – powiedział profesor Lewis.
„Dzięki tym nowym danym i analizom byliśmy jednak w stanie znaleźć nieuchwytny tik kwazarów i zachowują się one dokładnie tak, jak przewiduje teoria względności Einsteina” – powiedział.