Når det kommer til nøjagtighed, stræber alle sig efter hundrede procent, men måling af kosmiske afstande overlader lidt mere til tilfældet. For bare få dage siden meddelte forskere fra Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) til verden, at de har været i stand til at måle afstanden til galakser beliggende mere end seks milliarder lysår væk til et tillidsniveau på kun en procent. Hvis denne meddelelse ikke synes spændende, så tænk over, hvad den betyder for andre undersøgelser. Disse nye målinger giver en parameter til egenskaberne for den allestedsnærværende "mørke energi" - kilden til universel ekspansion.
”Der er ikke mange ting i vores daglige liv, som vi ved med en procents nøjagtighed,” sagde David Schlegel, en fysiker ved Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) og den vigtigste efterforsker af BOSS. ”Jeg ved nu universets størrelse bedre end jeg ved størrelsen på mit hus.”
Forskningsteamets resultater blev præsenteret på mødet i American Astronomical Society af Harvard University astronom Daniel Eisenstein, direktøren for Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), den verdensomspændende organisation, der inkluderer BOSS. De er detaljeret i en række artikler, der blev sendt til tidsskrifter af BOSS-samarbejdet i sidste måned, som alle nu er tilgængelige som online-fortryk.
”At bestemme afstand er en grundlæggende udfordring for astronomi,” sagde Eisenstein. ”Du ser noget på himlen - hvor langt væk er det? Når du først ved, hvor langt det er, er det pludselig meget lettere at lære alt andet om det. ”
Når det kommer til at måle afstand i rummet, har astronomer anvendt mange metoder. At måle afstande til planeter er blevet udført ved hjælp af radar, men det har sine begrænsninger og at gå længere ud i rummet betyder en mindre direkte metode. Selvom de har vist sig at være utroligt nøjagtige, er der stadig en usikkerhedsfaktor involveret - en der udtrykkes som en procentdel. For eksempel, hvis du skulle måle afstanden fra et objekt 200 miles væk til inden for en ægte værdi på 2 miles, har du målt med en nøjagtighed på 1%. Kosmisk set er bare et par hundrede stjerner og en håndfuld stjerne klynger faktisk tæt nok til at få deres afstande så præcist forudsagt. De bor inden i Mælkevejen og er kun et par tusinde lysår væk. BOSS fører det til det ekstreme ... dets målinger går langt ud over vores galaktiske grænser, mere end en million gange længere, og kortlægger universet med enestående nøjagtighed.
Takket være disse nye, meget nøjagtige afstandsmålinger er BOSS-astronomer på vej inden for mørk energi. ”Vi forstår endnu ikke, hvad mørk energi er,” forklarede Eisenstein, ”men vi kan måle dens egenskaber. Derefter sammenligner vi disse værdier med, hvad vi forventer, at de skal være, i betragtning af vores nuværende forståelse af universet. Jo bedre vores målinger er, jo mere kan vi lære. ”
Hvordan gøres det? At opnå en måling på 1 procent ved seks milliarder lysår er ikke så let som at måle et solsystemobjekt eller endda en indeholdt i vores galakse. Det er her BOSS spiller ind. Det er den største af de fire projekter, der udgør Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), og blev bygget til at drage fordel af denne teknik: måling af de såkaldte "baryon akustiske svingninger" (BAO'er), subtile periodiske krusninger i fordelingen af galakser i kosmos. Disse krusninger er underskrivelsen af trykbølger, der engang cruiser det tidlige univers på et tidspunkt, hvor tingene var så varme og tætte, at fotoner marsjerede sammen med baryoner - det, der skaber atomernes kerner. Da størrelsen af krusningen er kendt, kan denne størrelse nu måles ved at kortlægge galakser.
”Med disse galaksmålinger har naturen givet os en smuk lineal,” sagde Ashley Ross, en astronom fra University of Portsmouth. ”Linealen er tilfældigvis en halv milliard lysår lang, så vi kan bruge den til at måle afstande nøjagtigt, selv fra meget langt væk.
Ved hjælp af sin specialiserede instrumentering, der kan foretage detaljerede målinger af tusind galakser ad gangen, tog BOSS en enorm udfordring - kortlægge placeringen af mere end en million galakser. ”På en klar aften, når alt går perfekt, kan vi tilføje mere end 8000 galakser og kvasarer til kortet,” sagde Kaike Pan, der leder teamet af observatører ved SDSS-IIIs Sloan Foundation 2,5-meter teleskop ved Apache Point-observatoriet i Ny mexico.
Selvom BOSS-forskerteam præsenterede sine tidlige galakskort og begyndte BAO-målinger for et år siden, dækker disse nye data dobbelt så meget territorium og giver en endnu mere præcis måling - inklusive dem til nærliggende galakser. ”Foretagelse af disse målinger i to forskellige afstande giver os mulighed for at se, hvordan udvidelsen af universet har ændret sig over tid, hvilket vil hjælpe os med at forstå, hvorfor det accelererer,” forklarede astronomen University of Portsmouth Rita Tojeiro, som er medformand for BOSS-galakse-klyngen arbejdsgruppe sammen med Jeremy Tinker fra New York University.
Mariana Vargas-Magana, en postdoktorisk forsker ved Carnegie Mellon University, laver også en lignende undersøgelse. For at muliggøre endnu mere nøjagtighed undersøger hun eventuelle subtile effekter, der kan have indflydelse på BOSS-målingerne. "Når du prøver at nå en procent, skal du være paranoid over alt, hvad der kunne gå endda lidt galt," sagde Vargas-Magana - for eksempel kunne små forskelle i, hvordan galakser blev identificeret, have kastet hele målingerne af deres distribution, så forskellige dele af himlen måtte kontrolleres omhyggeligt. ”Heldigvis,” sagde Vargas-Magana, ”er der masser af omhyggelige mennesker i vores team til at kontrollere vores antagelser. Da de alle er tilfredse, er vi sikre på, at vi ikke gik glip af noget. ”
I øjeblikket ser disse nye BOSS-fund ud til at være i overensstemmelse med, hvad vi betragter som en form for mørk energi - en konstant fundet gennem universets historie. Ifølge nyhedsmeddelelsen er denne "kosmologiske konstant" et af kun seks numre, der kræves for at skabe en model, der falder sammen med universets skala og struktur. Schlegel sammenligner denne seks-nummer-model med en rude af glas, der er fastgjort på plads med bolte, der repræsenterer forskellige målinger af universets historie. ”BOSS har nu en af de strameste af disse bolte, og vi har lige givet den endnu en halv vending,” sagde Schlegel. ”Hver gang du skraller spændingen op, og glasset ikke går i stykker, er det en succes for modellen.”
Original historiekilde: Sloan Digital Sky Survey III Nyhedsmeddelelse. For yderligere læsning: Max Planck Institute nyhedsmeddelelse.
