Billedkredit: Chandra
Mørk energi. Eksisterer den, og hvad er dens egenskaber? Ved hjælp af galakse-klyngebilleder fra NASAs Chandra røntgenobservatorium har astronomer anvendt en kraftfuld, ny metode til at detektere og undersøge mørk energi. Resultaterne giver spændende ledetråde om arten af mørk energi og universets skæbne. Marshall Center administrerer Chandra-programmet.
Foto: Kompositbillede af galakse-klyngen Abell 2029 (Optisk: NOAO / Kitt Peak / J.Uson, D.Dale; Røntgenstråle: NASA / CXC / IoA / S.Allen et al.)
Astronomer har opdaget og sonderet mørk energi ved at anvende en kraftfuld, ny metode, der bruger billeder af galakse klynger lavet af NASAs Chandra røntgenobservatorium. Resultaterne sporer overgangen til udvidelsen af universet fra en decelererende til en accelererende fase for flere milliarder år siden og giver spændende ledetråde om arten af mørk energi og universets skæbne.
”Mørk energi er måske det største mysterium inden for fysik,” sagde Steve Allen fra Institute of Astronomy (IoA) ved University of Cambridge i England og leder af studiet. "Som sådan er det ekstremt vigtigt at foretage en uafhængig test af dens eksistens og egenskaber."
Allen og hans kolleger brugte Chandra til at studere 26 klynger af galakser i afstande svarende til lette rejsetider på mellem en og otte milliarder år. Disse data spænder over det tidspunkt, hvor universet bremsede fra sin oprindelige ekspansion, før de fremskyndede igen på grund af den frastødende virkning af mørk energi.
”Vi ser direkte, at udvidelsen af universet accelererer ved at måle afstanden til disse galakse-klynger,” sagde Andy Fabian også fra IoA, en medforfatter til undersøgelsen. De nye Chandra-resultater antyder, at den mørke energitæthed ikke ændrer sig hurtigt med tiden og måske endda er konstant, i overensstemmelse med det ”kosmologiske konstante” -koncept, der først blev introduceret af Albert Einstein. I så fald forventes universet at fortsætte med at udvide sig for evigt, så i mange milliarder af år kun en lille brøkdel af de kendte galakser vil være observerbar.
Hvis den mørke energitæthed er konstant, ville mere dramatiske skæbner for universet undgås. Disse inkluderer ”Big Rip”, hvor mørk energi øges, indtil galakser, stjerner, planeter og til sidst atomer bliver revet fra hinanden. Den "store knas", hvor universet til sidst kollapser på sig selv, ville også blive udelukket.
Chandras sonde af mørk energi er afhængig af røntgenobservations unikke evne til at detektere og studere den varme gas i galakse klynger. Fra disse data kan forholdet mellem massen af den varme gas og massen af det mørke stof i en klynge bestemmes. De observerede værdier for gasfraktionen afhænger af den antagede afstand til klyngen, som igen afhænger af rumets krumning og mængden af mørk energi i universet.
Fordi galakse klynger er så store, menes de at repræsentere en retfærdig prøve af stofindholdet i universet. I så fald bør relative mængder varm gas og mørkt stof være ens for hver klynge. Ved hjælp af denne antagelse justerede Allen og kolleger afstandsskalaen for at bestemme, hvilken der passer bedst til dataene. Disse afstande viser, at universets udvidelse først var ved at aftage og derefter begyndte at accelerere for omkring seks milliarder år siden.
Chandras observationer stemmer overens med supernova-resultater, herunder dem fra Hubble-rumteleskopet (HST), der først viste mørk energis effekt på universets acceleration. Chandras resultater er helt uafhængige af supernovateknikken - både i bølgelængde og de observerede objekter. En sådan uafhængig verifikation er en hjørnesten i videnskaben. I dette tilfælde hjælper det med at fjerne enhver resterende tvivl om, at supernovateknikken er mangelfuld.
”Vores Chandra-metode har intet at gøre med andre teknikker, så de sammenligner bestemt ikke noter,” så sagde Robert Schmidt fra University of Potsdam i Tyskland, en anden medforfatter til undersøgelsen.
Bedre grænser for mængden af mørk energi og hvordan den varierer med tiden opnås ved at kombinere røntgenresultaterne med data fra NASAs Wilkinson Microbølgeovn Anisotropy Probe (WMAP), der brugte observationer af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling for at finde bevis for mørk energi i det meget tidlige univers. Ved hjælp af de kombinerede data fandt Allen og hans kolleger, at mørk energi udgør omkring 75% af universet, mørkt stof omkring 21% og synligt stof omkring 4%.
Allen og hans kolleger understreger, at usikkerheden i målingerne er sådan, at dataene stemmer overens med mørk energi med en konstant værdi. De nuværende Chandra-data tillader dog muligheden for, at den mørke energitæthed øges med tiden. Mere detaljerede undersøgelser med Chandra, HST, WMAP og med den fremtidige mission Constellation-X skulle give meget mere præcise begrænsninger for mørk energi.
”Indtil vi bedre forstår den kosmiske acceleration og arten af den mørke energi, kan vi ikke håbe på at forstå universets skæbne,” sagde den uafhængige kommentator Michael Turner fra University of Chicago.
Holdet, der udførte forskningen, omfattede også Harald Ebeling fra University of Hawaii og afdøde Leon van Speybroeck fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Disse resultater vises i en kommende udgave af den månedlige meddelelse fra Royal Astronomy Society.
NASAs Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Administrerer Chandra-programmet til NASA's Office of Space Science, Washington. Northrop Grumman fra Redondo Beach, Californien, tidligere TRW, Inc., var den største udviklingsentreprenør for observatoriet. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerer videnskab og flyveoperationer fra Chandra X-ray Center i Cambridge, Mass.
Yderligere information og billeder er tilgængelige på:
http://chandra.harvard.edu/
og
http://chandra.nasa.gov/
Original kilde: NASA News Release
