Denne uge frigav forskere med Dark Energy Survey (DES) -samarbejdet det første i en række detaljerede kort, der kortlægger fordelingen af mørkt stof udledt af dens gravitationseffekter. De nye data viser store filamenter af mørkt stof, hvor synlige galakser og galakse klynger ligger, og kosmiske hulrum, hvor meget få galakser bor.
”Vores analyse hidtil er i overensstemmelse med, hvad det nuværende billede af universet forudsiger,” sagde Chihway Chang fra det schweiziske føderale teknologiske institut (ETH) i Zürich, en af lederne af analysen. "Zoom ind i kortene har vi målt, hvordan mørkt stof indhyller galakser af forskellige typer, og hvordan de sammen udvikler sig i løbet af kosmisk tid."
Forskningen og kortene, der spænder over et stort område af himlen, er resultatet af en massiv indsats fra et internationalt hold fra USA, UK, Spanien, Tyskland, Schweiz og Brasilien. De meddelte deres nye resultater på American Physical Society (APS) -mødet i Baltimore, Maryland.
Ifølge kosmologer strømmer og klumper mørke stofpartikler sig over tid i bestemte regioner i kosmos, ofte på de samme steder, hvor galakser dannes og klynges. Over tid udvikler en "kosmisk web" sig over hele universet. Selvom mørk materie er usynlig, udvides den med universet og føler tyngdekraften. Astrofysikere kan derefter rekonstruere kort over det ved at undersøge millioner af galakser, ligesom man måske udlede den skiftende orientering af en flokk fugle fra dens skygge, der bevæger sig langs jorden.
DES-forskere oprettede kortene med et af verdens mest kraftfulde digitale kameraer, det 570-megapixel Dark Energy Camera (DECam), som er særlig følsom over for lyset fra fjerne galakser. Det er monteret på det 4 meter lange Victor M. Blanco-teleskop, der ligger ved Cerro Tololo Inter-American Observatory i det nordlige Chile. Hvert af sine billeder registrerer data fra et område, der er 20 gange månens størrelse, set fra jorden.
Derudover indsamler DECam data næsten ti gange hurtigere end tidligere maskiner. Ifølge David Bacon ved University of Portsmouths Institute of Cosmology and Gravitation, “Dette giver os mulighed for at stirre dybere ind i rummet og se effekterne af mørkt stof og mørk energi med større klarhed. Ironisk nok, selvom disse mørke enheder udgør 96% af vores univers, er det svært at se dem og kræve store mængder data. ”
Teleskopet og dets instrumenter muliggør præcise målinger ved hjælp af en teknik, der kaldes "gravitationslinser." Astrofysikere studerer de små forvrængninger og forskydning af billeder af galakser på grund af det tyngdekraft af mørkt stof omkring dem, svarende til skæve billeder af genstande i et forstørrelsesglas, bortset fra at de linsede galakser observeret af DES-forskerne er mindst 6 milliarder lys- år væk.
Chang og Vinu Vikram (Argonne National Laboratory) førte analysen, hvormed de spores banen med mørkt stof i en hidtil uset detalje over 139 kvadratgrader af den sydlige halvkugle. ”Vi målte de næppe synlige forvrængninger i form af omkring 2 millioner galakser for at konstruere disse nye kort,” sagde Vikram. Dette udgør mindre end 0,4% af hele himlen, men den afsluttede DES-undersøgelse vil kortlægge mere end 30 gange dette område i de næste par år.
De indsendte deres forskningsdokument til offentliggørelse i en kommende udgave af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society, og DES-teamet offentliggjorde det offentligt som en del af et sæt papirer på arXiv.org-serveren tirsdag.
Præcisionen og detaljen i disse store sammenhængende kort, der fremstilles af DES-forskere, giver mulighed for test af andre kosmologiske modeller. ”Jeg er virkelig begejstret for, hvad disse kort vil fortælle os om mørkt stof i galakse-klynger, især med hensyn til teorier om ændret tyngdekraft,” siger Robert Nichol (University of Portsmouth). Einsteins tyngdekraftmodel, generel relativitet, kunne være forkert på store kosmologiske skalaer eller i de tætteste regioner i universet, og løbende forskning med Dark Energy Survey vil lette undersøgelser af dette.
