Billedkredit: SDSS
Siden opdagelsen for flere år siden af en mystisk styrke, kaldet mørk energi, som ser ud til at fremskynde universet, har astronomer søgt efter yderligere beviser til enten at understøtte eller nedbringe denne teori. Astronomer fra Sloan Digital Sky Survey har fundet udsving i kosmisk baggrundstråling, der matcher den frastødende indflydelse fra mørk energi.
Forskere fra Sloan Digital Sky Survey annoncerede opdagelsen af uafhængige fysiske beviser for eksistensen af mørk energi.
Forskerne fandt et aftryk af mørk energi ved at korrelere millioner af galakser i Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og kosmiske mikrobølgebaggrunds temperaturkort fra NASAs Wilkinson Microbølgeovn anisotropy Probe (WMAP). Forskerne fandt mørk energis ”skygge” på den gamle kosmiske stråling, en relikvie af afkølet stråling fra Big Bang.
Med kombinationen af resultater fra disse to store himmelundersøgelser giver denne opdagelse fysiske bevis for eksistensen af mørk energi; et resultat, der supplerer tidligere arbejde med accelerationen af universet målt fra fjerne supernovaer. Observationer fra ballonobservationer af millimetrisk ekstragalaktisk stråling og geofysik (BOOMERANG) af kosmisk mikrobølgebakgrund (CMB) var også en del af de tidligere fund.
Mørk energi, en vigtig komponent i universet og et af de største videnskaber, er gravitationsmæssigt frastødende snarere end attraktivt. Dette får universets ekspansion til at accelerere i modsætning til tiltrækningen af almindelig (og mørk) stof, hvilket ville få det til at bremses.
"I et fladt univers opstår effekten, som vi observerer, kun hvis du har et univers med mørk energi," forklarede hovedforsker Dr. Ryan Scranton fra University of Pittsburghs afdeling for fysik og astronomi. ”Hvis universet bare var sammensat af stof og stadig fladt, ville denne effekt ikke eksistere.”
”Da fotoner fra den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) rejser til os fra 380.000 år efter Big Bang, kan de opleve en række fysiske processer, herunder den integrerede Sachs-Wolfe-effekt. Denne effekt er et aftryk eller skygge af mørk energi på mikrobølger. Effekten måler også ændringerne i temperaturen på den kosmiske mikrobølgebakgrund på grund af tyngdekraftens virkning på fotonenergien ”tilføjede Scranton.
Opdagelsen er "en fysisk detektion af mørk energi og meget komplementær til andre påvisninger af mørk energi" tilføjede Dr. Bob Nichol, en SDSS-samarbejdspartner og lektor i fysik ved Carnegie Mellon University i Pittsburgh. Nichol sammenlignede den integrerede Sachs-Wolfe-effekt med at se på en person, der står foran et solrigt vindue: ”Du ser bare deres kontur og kan genkende dem ud fra netop disse oplysninger. Ligeledes har signalet, vi ser, den rigtige kontur (eller skygge), som vi ville forvente for mørk energi, ”sagde Nichol.
“Navnlig er farven på signalet den samme som farven på den kosmiske mikrobølgebakgrund, hvilket beviser, at det er kosmologisk og ikke en irriterende forurening,” tilføjede Nichol.
”Dette arbejde giver fysisk bekræftelse af, at man har brug for mørk energi til samtidig at forklare både CMB- og SDSS-data, uafhængigt af supernovearbejdet. Sådan krydskontrol er vigtig i videnskaben, ”tilføjede Jim Gunn, projektforsker ved SDSS og professor i astronomi ved Princeton University.
Dr. Andrew Connolly fra University of Pittsburgh forklarede, at fotoner, der streamer fra den kosmiske mikrobølgebakgrund, passerer gennem mange koncentrationer af galakser og mørkt stof. Når de falder i en tyngdepunktsbrønde, får de energi (ligesom en kugle, der ruller ned ad en bakke). Når de kommer ud, mister de energi (igen som en bold, der ruller op ad en bakke). Fotografiske billeder af mikrobølgerne bliver mere blå (dvs. mere energiske), når de falder ind mod disse supercluster-koncentrationer og derefter bliver mere røde (dvs. mindre energiske), når de klatrer væk fra dem.
”I et univers, der for det meste består af normal stof, kunne man forvente, at nettoeffekten af de røde og blå skift ville annullere. Men i de senere år finder vi ud af, at de fleste af tingene i vores univers er unormale, idet det er gravitationsmæssigt frastødende snarere end gravitationsmæssigt attraktivt, ”forklarede Albert Stebbins, en videnskabsmand ved NASA / Fermilab Astrophysics Center Fermi National Accelerator Laboratory, et SDSS, der samarbejder institution. ”Dette unormale ting kalder vi mørk energi.”
SDSS-samarbejdspartner Connolly sagde, at hvis dybden af gravitationsbrønden aftager, mens fotonet bevæger sig gennem det, ville fotonen gå ud med lidt mere energi. ”Hvis dette var sandt, ville vi forvente at se, at den kosmiske mikrobølgebaggrundstemperatur er lidt varmere i regioner med flere galakser. Dette er nøjagtigt, hvad vi fandt. ”
Stebbins tilføjede, at den nettoenergiforandring, der forventes fra en enkelt koncentration af masse, er mindre end en del i en million, og forskere måtte se på et stort antal galakser, før de kunne forvente at se effekten. Han sagde, at resultaterne bekræfter, at mørk energi findes i relativt små massekoncentrationer: kun 100 millioner lysår på tværs af hvor de tidligere observerede effekter mørk energi var i en skala fra 10 milliarder lysår på tværs. Et unikt aspekt af SDSS-dataene er dets evne til nøjagtigt at måle afstandene til alle galakser fra fotografisk analyse af deres fotometriske rødskift. ”Derfor kan vi se aftrykket af denne effekt på CMB vokse som en funktion af universets alder,” sagde Connolly. ”Til sidst kan vi muligvis bestemme arten af den mørke energi fra målinger som disse, selvom det er lidt i fremtiden.”
”For at konkludere, at der findes mørk energi, skal vi kun antage, at universet ikke er krummet. Efter at Wilkinson Microbølgeovn Anisotropy Probe-resultaterne kom ind (i februar 2003), er det en godt accepteret antagelse, ”forklarede Scranton. ”Dette er ekstremt spændende. Vi vidste ikke om vi kunne få et signal, så vi brugte meget tid på at teste dataene mod forurening fra vores galakse eller andre kilder. At have resultaterne kommet så stærkt ud, som de gjorde, var yderst tilfredsstillende. ”
Opdagelserne blev foretaget i 3.400 kvadratgrader af himlen undersøgt af SDSS.
”Denne kombination af rumbaseret mikrobølgeovn og jordbaseret optisk data gav os dette nye vindue ind i egenskaberne ved mørk energi,” sagde David Spergel, kosmolog fra Princeton University og medlem af WMAP-videnskabsteamet. ”Ved at kombinere WMAP- og SDSS-data har Scranton og hans samarbejdspartnere vist, at mørk energi, uanset hvad det er, er noget, der ikke tiltrækkes af tyngdekraften, selv på de store skalaer, der undersøges af Sloan Digital Sky Survey.
”Dette er et vigtigt tip for fysikere, der prøver at forstå den mystiske mørke energi,” tilføjede Spergel.
Foruden de vigtigste efterforskere Scranton, Connolly, Nichol og Stebbins, bidragede Istavan Szapudi fra University of Hawaii til forskningen. Andre involverede i analysen inkluderer Niayesh Afshordi fra Princeton University, Max Tegmark fra University of Pennsylvania og Daniel Eisenstein fra University of Arizona.
OM SLOAN DIGITAL SKY Survey (SDSS)
Sloan Digital Sky Survey (sdss.org) vil kortlægge detaljeret en fjerdedel af hele himlen og bestemme positionerne og den absolutte lysstyrke for 100 millioner himmelobjekter. Det vil også måle afstandene til mere end en million galakser og kvasarer. Astrophysical Research Consortium (ARC) driver Apache Point Observatory, stedet for SDSS-teleskoper.
SDSS er et fælles projekt fra University of Chicago, Fermilab, Institute for Advanced Study, Japan Participation Group, Johns Hopkins University, Los Alamos National Laboratory, Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Max- Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, University of Pittsburgh, Princeton University, United States Naval Observatory og University of Washington.
Finansiering til projektet er ydet af Alfred P. Sloan-stiftelsen, de deltagende institutioner, den nationale luftfarts- og rumfartsadministration, National Science Foundation, U.S. Department of Energy, den japanske Monbukagakusho og Max Planck Society.
WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY PROBE (WMAP) er en NASA-mission bygget i partnerskab med Princeton University og Goddard Space Flight Center for at måle temperaturen i den kosmiske baggrundsstråling, den resterende varme fra Big Bang. WMAP-missionen afslører forhold, som de eksisterede i det tidlige univers ved at måle egenskaberne ved den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling over fuld himmel. (Http://map.gsfc.nasa.gov)
Original kilde: SDSS News Release
