Et skjematisk riss av det nye SDSS tredimensjonale kartet. Klikk for å forstørre
Astronomer fra UC Berkeley har laget det mest omfattende tredimensjonale kart over universet som noensinne er publisert. Den inneholder 600.000 galakser og strekker seg 5,6 milliarder lysår ut i verdensrommet. Dette kartet lar astronomer studere bevis for mørk energi - den mystiske kraften som akselererer utvidelsen av universet.
Et team med astronomer ledet av Nikhil Padmanabhan og David Schlegel har publisert det største tredimensjonale kartet over universet som noensinne er konstruert, en kileformet skive av kosmos som spenner over en tidel av den nordlige himmelen, og omfatter 600 000 unike lysende røde galakser, og strekker seg 5,6 milliarder lysår dypt ut i verdensrommet, tilsvarer 40 prosent av veien tilbake i tid til Big Bang.
Schlegel er en Divisional Fellow i Physics Division of Lawrence Berkeley National Laboratory, og Padmanabhan vil bli med i Labs Physics Division som en Chamberlain Fellow og Hubble Fellow i september; for tiden er han ved Princeton University. De og deres coauthors er medlemmer av Sloan Digital Sky Survey (SDSS), og har tidligere produsert mindre 3D-kart ved å bruke SDSS-teleskopet i New Mexico for møysommelig å samle spektrene til individuelle galakser og beregne avstandene deres ved å måle deres rødskift.
"Det nye med dette kartet er at det er det største noensinne," sier Padmanabhan, "og det avhenger ikke av individuelle spektre."
Det viktigste motivet for å lage 3-D kart i stor skala er å forstå hvordan materie er fordelt i universet, sier Padmanabhan. "De lyseste galaksene er som fyrtårn - der lyset er, er hvor saken er."
Schlegel sier at "fordi dette kartet dekker mye større avstander enn tidligere kart, tillater det oss å måle strukturer så store som en milliard lysår på tvers."
Variasjonene i galaktisk distribusjon som utgjør synlige storskala strukturer er direkte nedstammet fra variasjoner i temperaturen til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, noe som gjenspeiler svingninger i det tette, tidlige universet som er målt til stor nøyaktighet ved ballongbårne eksperimenter og WMAP-satellitten.
Resultatet er en naturlig "linjal" dannet av de regelmessige variasjonene (noen ganger kalt "baryonsvingninger", med baryoner som korthet for vanlig materie), som gjentas med intervaller på rundt 450 millioner lysår.
"Dessverre er det en hersker med ubeleilig størrelse," sier Schlegel. "Vi måtte prøve et stort volum av universet bare for å passe herskeren inne."
Padmanabhan sier: "Selv om universet er 13,7 milliarder år gammelt, er det egentlig ikke så mye tid når du måler med en linjal som bare er markert hvert 450 millioner lysår."
Distribusjonen av galakser avslører mange ting, men en av de viktigste er et mål på den mystiske mørke energien som står for noen tre fjerdedeler av universets tetthet. (Mørk materie utgjør omtrent ytterligere 20 prosent, mens mindre enn 5 prosent er vanlig materie av den typen som synliggjør galakser.)
"Mørk energi er bare betegnelsen vi bruker for vår observasjon av at utvidelsen av universet akselererer," kommenterer Padmanabhan. "Ved å se på hvor tetthetsvariasjoner var på tidspunktet for den kosmiske mikrobølgebakgrunnen" - bare omtrent 300 000 år etter Big Bang - "og se hvordan de utvikler seg til et kart som dekker de siste 5,6 milliarder årene, kan vi se om estimatene våre av mørk energi er riktig. ”
Det nye kartet viser at de store strukturene faktisk er fordelt slik nåværende ideer om den akselererende utvidelsen av universet antyder. Kartets antatte fordeling av mørk materie, som selv om usynlig påvirkes av tyngdekraften akkurat som vanlig materie, også er i samsvar med dagens forståelse.
Det som gjorde det store nye 3-D-kartet mulig, var Sloan Digital Sky Survey's videfelt-teleskop, som dekker et tre-graders synsfelt (fullmånen er omtrent en halv grad), pluss valget av en spesiell type galaktisk "Fyrtårn" eller avstandsmarkør: lysende røde galakser.
"Dette er døde, røde galakser, noen av de eldste i universet - der alle de raskt brennende stjernene for lengst har brent ut og bare gamle røde stjerner er igjen," sier Schlegel. "Ikke bare er dette de rødeste galakene, de er også de lyseste, synlige på store avstander."
Sloan Digital Sky Survey-astronomene jobbet sammen med kolleger i det australske to-graders felt-teamet for å gjennomsnittliggjøre fargen og rødskiftet til en prøve på 10.000 røde lysende galakser, og relatert galaksefargen til avstand. De brukte deretter disse målingene til 600 000 slike galakser for å plotte kartet sitt.
Padmanabhan innrømmer at “det er statistisk usikkerhet når det gjelder å anvende et lys-avstand-forhold avledet fra 10.000 røde lysende galakser til alle 600.000 uten å måle dem individuelt. Spillet vi spiller er at vi har så mange at gjennomsnittet fortsatt gir oss veldig nyttig informasjon om distribusjonen deres. Og uten å måtte måle spektrene sine, kan vi se mye dypere ut i rommet. ”
Schlegel er enig i at forskerne langt fra oppnår den presisjonen de ønsker. "Men vi har vist at slike målinger er mulige, og vi har etablert utgangspunktet for en standard hersker av det utviklende universet."
Han sier “det neste trinnet er å designe et presisjonseksperiment, kanskje basert på modifikasjoner av SDSS-teleskopet. Vi jobber med ingeniører her på Berkeley Lab for å redesigne teleskopet for å gjøre det vi vil gjøre. ”
“The Clustering of Luminous Red Galaxies in the Sloan Digital Sky Survey Imaging Data,” av Nikhil Padmanabhan, David J. Schlegel, Uros Seljak, Alexey Makarov, Neta A. Bahcall, Michael R. Blanton, Jonathan Brinkmann, Daniel J. Eisenstein, Douglas P. Finkbeiner, James E. Gunn, David W. Hogg, ?? bf? Eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert H. Lupton, Robert C. Nichol, Donald P. Schneider, Michael A. Strauss, Max Tegmark og Donald G. York vil vises i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society og er nå tilgjengelig online på http://arxiv.org/archive/astro-ph.
SDSS ledes av Astrophysical Research Consortium for the Participing Institutions, som er American Museum of Natural History, Astrophysical Institute Potsdam, University of Basel, Cambridge University, Case Western Reserve University, University of Chicago, Drexel University, Fermilab, Institute for Advanced Study, Japan Participation Group, Johns Hopkins University, Joint Institute for Nuclear Astrophysics, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, the Korean Scientist Group, Chinese Academy of Sciences (LAMOST), Los Alamos National Laboratory, Max- Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Max-Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, Ohio State University, University of Pittsburgh, University of Portsmouth, Princeton University, United States Naval Observatory og University av Washington.
SDSS-finansiering er gitt av Alfred P. Sloan-stiftelsen, de deltakende institusjonene, National Science Foundation, det amerikanske energidepartementet, National Aeronautics and Space Administration, den japanske Monbukagakusho, Max Planck Society og Highing Education Funding Council for England. Besøk SDSS-nettstedet på http://www.sdss.org/.
Berkeley Lab er et amerikansk Department of Energy nasjonalt laboratorium lokalisert i Berkeley, California. Den driver uklassifisert vitenskapelig forskning og ledes av University of California. Besøk vår hjemmeside på http://www.lbl.gov.
Originalkilde: Berkeley Lab
