I 1929 ændrede Edwin Hubble for evigt vores forståelse af kosmos ved at vise, at universet er i en ekspansionstilstand. I 1990'erne bestemte astronomer, at den hastighed, hvormed den ekspanderer, rent faktisk fremskyndes, hvilket igen førte til teorien om "Dark Energy". Siden den tid har astronomer og fysikere forsøgt at bestemme eksistensen af denne kraft ved at måle den indflydelse, den har på kosmos.
Det seneste i disse bestræbelser kommer fra Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), hvor et internationalt forskerhold har meddelt, at de er færdige med at skabe de mest præcise målinger af universet til dato. Kendt som Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) har deres målinger lagt nye begrænsninger på egenskaberne ved Dark Energy.
De nye målinger blev præsenteret af Harvard University astronom Daniel Eisenstein på et nyligt møde i American Astronomical Society. Som direktør for Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) har han og hans team tilbragt de sidste ti år på at måle kosmos og de periodiske udsving i tætheden af normal stof for at se, hvordan galakser er fordelt over hele universet.
Og efter et årti med forskning kunne BOSS-teamet fremstille et tredimensionelt kort over kosmos, der dækker mere end seks milliarder lysår. Og mens andre nylige undersøgelser har set længere væk - op til afstande på 9 og 13 milliarder lysår - er BOSS-kortet unikt, da det kan prale med den højeste nøjagtighed af ethvert kosmologisk kort.
Faktisk var BOSS-teamet i stand til at måle fordelingen af galakser i kosmos og i en afstand af 6 milliarder lysår til inden for en hidtil uset 1% fejlmargin. At bestemme naturen af kosmiske objekter i store afstande er ingen let sag på grund af relativitetens virkninger. Som Dr. Eisenstein fortalte Space Magazine via e-mail:
”Afstande er en langvarig udfordring inden for astronomi. Mens mennesker ofte kan bedømme afstand på grund af vores kikkertvision, er galakser ud over Mælkevejen alt for langt væk til at bruge det. Og fordi galakser findes i en lang række indre størrelser, er det svært at bedømme deres afstand. Det er som at se på et fjernt bjerg; ens dom over dens afstand er bundet med ens dom over dens højde. ”
Tidligere har astronomer foretaget nøjagtige målinger af objekter i det lokale univers (dvs. planeter, nabostjerner, stjerneklynger) ved at stole på alt fra radar til rødskift - i hvilken grad lysets bølgelængde forskydes mod den røde ende af spektrum. Jo større afstanden til et objekt er, desto større er usikkerhedsgraden.
Og indtil nu er det kun objekter, der er et par tusinde lysår fra Jorden - dvs. inden for Mælkevejen - galaksen - som har deres afstand målt til inden for en fejlmargin på 1 procent. Som det største af de fire projekter, der udgør Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), er det, der adskiller BOSS, det faktum, at det primært er afhængig af måling af, hvad der kaldes "baryon akustiske svingninger" (BAO'er).
Dette er i det væsentlige subtile periodiske krusninger i fordelingen af det synlige baryoniske (dvs. normale) stof i kosmos. Daniel Eisenstein forklarede:
”BOSS måler udvidelsen af universet på to primære måder. Den første er ved at bruge de akustiske baryonsvingninger (dermed navnet på undersøgelsen). Lydbølger, der rejser i de første 400.000 år efter Big Bang, skaber en foretrukken skala til adskillelse af par galakser. Ved at måle denne foretrukne adskillelse i en prøve af mange galakser kan vi udlede afstanden til prøven.
”Den anden metode er at måle, hvordan klynger af galakser adskiller sig mellem par, der er orienteret langs sigtelinjen sammenlignet med på tværs af sigtelinien. Universets udvidelse kan forårsage, at denne klynge er asymmetrisk, hvis man bruger den forkerte ekspansionshistorie, når man konverterer rødskift til afstand. ”
Med disse nye, meget nøjagtige afstandsmålinger vil BOSS-astronomer kunne studere indflydelsen fra Dark Matter med langt større præcision. ”Forskellige mørke energimodeller varierer i, hvordan accelerationen i udvidelsen af universet forløber over tid,” sagde Eisenstein. ”BOSS måler ekspansionshistorikken, som gør det muligt for os at udlede accelerationshastigheden. Vi finder resultater, der er meget konsistente med forudsigelserne af den kosmologiske konstante model, det vil sige den model, hvor mørk energi har en konstant densitet over tid. ”
Ud over at måle fordelingen af normal stof for at bestemme påvirkningen af Dark Energy, arbejder SDSS-III-samarbejdet med at kortlægge Mælkevejen og søge efter ekstrasolære planeter. BOSS-målingerne er detaljerede i en række artikler, der blev sendt til tidsskrifter af BOSS-samarbejdet i sidste måned, som alle nu er tilgængelige online.
Og BOSS er ikke den eneste indsats for at forstå den store struktur i vores univers, og hvordan alle dets mystiske kræfter har formet det. Lige i sidste måned annoncerede professor Stephen Hawking, at COSMOS supercomputing-center ved Cambridge University ville skabe det mest detaljerede 3D-kort over universet til dato.
Ved at stole på data indsamlet af CMB-data indhentet af ESAs Planck-satellit og oplysninger fra Dark Energy Survey, håber de også at måle den indflydelse, Dark Energy har haft på distributionen af stof i vores univers. Hvem ved? Om få år kan vi meget vel forstå, hvordan alle de grundlæggende kræfter, der styrer universet, fungerer sammen.
