Et skematisk billede af det nye SDSS tredimensionelle kort. Klik for at forstørre
Astronomer fra UC Berkeley har oprettet det mest omfattende tredimensionelle kort over universet, der nogensinde er offentliggjort. Den indeholder 600.000 galakser og strækker sig 5,6 milliarder lysår ud i rummet. Dette kort giver astronomer mulighed for at studere bevis for mørk energi - den mystiske kraft, der fremskynder universets udvidelse.
Et team af astronomer ledet af Nikhil Padmanabhan og David Schlegel har offentliggjort det største tredimensionelle kort over universet, der nogensinde er konstrueret, en kileformet skive af kosmos, der spænder over en tiendedel af den nordlige himmel, der omfatter 600.000 unikt lysende røde galakser, og strækker sig 5,6 milliarder lysår dybt ud i rummet, svarende til 40 procent af vejen tilbage i tiden til Big Bang.
Schlegel er en Divisional Fellow i fysikafdelingen i Lawrence Berkeley National Laboratory, og Padmanabhan tilslutter sig Lab's Physics Division som en Chamberlain Fellow og Hubble Fellow i september; for tiden er han på Princeton University. De og deres coauthors er medlemmer af Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og har tidligere produceret mindre 3D-kort ved hjælp af SDSS-teleskopet i New Mexico til omhyggeligt at indsamle spektraerne for de enkelte galakser og beregne deres afstand ved at måle deres rødskift.
"Det nye ved dette kort er, at det er det største nogensinde," siger Padmanabhan, "og det afhænger ikke af individuelle spektre."
Det vigtigste motiv for at skabe 3-D-kort i stor skala er at forstå, hvordan stof er fordelt i universet, siger Padmanabhan. ”De lyseste galakser er som fyrtårne - hvor lyset er, hvor sagen er.”
Schlegel siger, at "fordi dette kort dækker meget større afstande end tidligere kort, giver det os mulighed for at måle strukturer så store som en milliard lysår på tværs."
Variationerne i galaktisk fordeling, der udgør synlige strukturer i stor skala, er direkte nedstammet fra variationer i temperaturen på den kosmiske mikrobølgebakgrund, hvilket afspejler svingninger i det tætte tidlige univers, der er blevet målt til stor nøjagtighed ved ballonbårne eksperimenter og WMAP-satellitten.
Resultatet er en naturlig "lineal" dannet af de regelmæssige variationer (undertiden kaldet "baryonsvingninger" med baryoner som korthed for almindelig stof), som gentages med intervaller på ca. 450 millioner lysår.
”Desværre er det en ubehagelig størrelse hersker,” siger Schlegel. ”Vi var nødt til at prøve et enormt volumen af universet bare for at passe linealen indeni.”
Siger Padmanabhan, "Selvom universet er 13,7 milliarder år gammelt, er det virkelig ikke en hel masse tid, når du måler med en lineal, der kun er markeret hvert 450 millioner lysår."
Distributionen af galakser afslører mange ting, men en af de vigtigste er et mål for den mystiske mørke energi, der tegner sig for nogle tre fjerdedele af universets densitet. (Mørket stof tegner sig for ca. yderligere 20 procent, mens mindre end 5 procent er almindeligt stof af den art, der synliggør galakser.)
”Mørk energi er bare det udtryk, vi bruger til vores iagttagelse af, at universets udvidelse accelererer,” bemærker Padmanabhan. ”Ved at se på hvor densitetsvariationer var på tidspunktet for den kosmiske mikrobølgebakgrund” - kun ca. 300.000 år efter Big Bang - ”og se, hvordan de udvikler sig til et kort, der dækker de sidste 5,6 milliarder år, kan vi se om vores estimater af mørk energi er korrekte. ”
Det nye kort viser, at de store strukturer faktisk er fordelt, som de nuværende ideer om universets accelererende udvidelse antyder. Kortets antatte fordeling af mørkt stof, som selv om det er usynligt påvirkes af tyngdekraften ligesom almindeligt stof, også er i overensstemmelse med den aktuelle forståelse.
Det, der gjorde det store nye 3D-kort muligt muligt, var Sloan Digital Sky Survey's videfelt-teleskop, der dækker et tre-graders synsfelt (fuldmånen er ca. en halv grad), plus valget af en bestemt type galaktisk "Fyrtårn" eller afstandsmarkør: lysende røde galakser.
”Dette er døde, røde galakser, nogle af de ældste i universet - hvor alle de hurtigt brændende stjerner for længe siden er udbrændt, og kun gamle røde stjerner er tilbage,” siger Schlegel. "Ikke kun er disse de rødeste galakser, de er også de lyseste, synlige i store afstande."
Astronomer fra Sloan Digital Sky Survey arbejdede sammen med kolleger i det australske to-graders felt-team for at gennemsnit farven og rødskiftet på en prøve på 10.000 røde lysende galakser, der relaterede galakse-farve til afstand. De anvendte derefter disse målinger til 600.000 sådanne galakser for at plotte deres kort.
Padmanabhan indrømmer, at "der er statistisk usikkerhed ved anvendelse af en lysstyrke-afstandsforhold, der stammer fra 10.000 røde lysende galakser til alle 600.000 uden at måle dem individuelt. Det spil, vi spiller, er, at vi har så mange, at gennemsnittet stadig giver os meget nyttige oplysninger om deres distribution. Og uden at skulle måle deres spektre, kan vi se meget dybere i rummet. ”
Schlegel er enig i, at forskerne langt fra har opnået den præcision, de ønsker. ”Men vi har vist, at sådanne målinger er mulige, og vi har etableret udgangspunktet for en standard hersker over det udviklende univers.”
Han siger, ”det næste skridt er at designe et præcisionseksperiment, måske baseret på ændringer af SDSS-teleskopet. Vi arbejder med ingeniører her på Berkeley Lab for at redesigne teleskopet for at gøre, hvad vi vil gøre. ”
“Clustering of Luminous Red Galaxies in the Sloan Digital Sky Survey Imaging Data,” af Nikhil Padmanabhan, David J. Schlegel, Uros Seljak, Alexey Makarov, Neta A. Bahcall, Michael R. Blanton, Jonathan Brinkmann, Daniel J. Eisenstein, Douglas P. Finkbeiner, James E. Gunn, David W. Hogg, ?? bf? Eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert H. Lupton, Robert C. Nichol, Donald P. Schneider, Michael A. Strauss, Max Tegmark og Donald G. York vises i de månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society og er nu tilgængelige online på http://arxiv.org/archive/astro-ph.
SDSS ledes af Astrophysical Research Consortium for de deltagende institutioner, som er det amerikanske naturhistoriske museum, Astrophysical Institute Potsdam, University of Basel, Cambridge University, Case Western Reserve University, University of Chicago, Drexel University, Fermilab, Institute for Avanceret undersøgelse, Japan-deltagelsesgruppen, Johns Hopkins University, Joint Institute for Nuclear Astrophysics, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, den koreanske forskergruppe, det kinesiske videnskabelige akademi (LAMOST), Los Alamos National Laboratory, Max- Planck-instituttet for astronomi (MPIA), Max-Planck-instituttet for astrofysik (MPA), New Mexico State University, Ohio State University, University of Pittsburgh, University of Portsmouth, Princeton University, United States Naval Observatory og University af Washington.
SDSS-finansiering ydes af Alfred P. Sloan-stiftelsen, de deltagende institutioner, National Science Foundation, det amerikanske energiministerium, National Aeronautics and Space Administration, den japanske Monbukagakusho, Max Planck Society og Highing Education Funding Council for England. Besøg SDSS-webstedet på http://www.sdss.org/.
Berkeley Lab er et U.S. Department of Energy nationalt laboratorium beliggende i Berkeley, Californien. Det udfører uklassificeret videnskabelig forskning og administreres af University of California. Besøg vores websted på http://www.lbl.gov.
Original kilde: Berkeley Lab
