I 1929 endret Edwin Hubble for alltid vår forståelse av kosmos ved å vise at universet er i en ekspansjonstilstand. På 1990-tallet bestemte astronomer at hastigheten som den utvider seg faktisk øker, noe som igjen førte til teorien om "Dark Energy". Siden den tid har astronomer og fysikere forsøkt å bestemme eksistensen av denne styrken ved å måle innflytelsen den har på kosmos.
Det siste i denne innsatsen kommer fra Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), der et internasjonalt team av forskere har kunngjort at de er ferdige med å lage de mest presise målingene av universet til dags dato. Kjent som Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), og deres målinger har lagt nye begrensninger for egenskapene til Dark Energy.
De nye målingene ble presentert av Harvard University astronom Daniel Eisenstein på et nylig møte i American Astronomical Society. Som direktør for Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) har han og teamet brukt de siste ti årene på å måle kosmos og de periodiske svingningene i tettheten av normal materie for å se hvordan galakser er fordelt over hele universet.
Og etter et tiår med forskning, klarte BOSS-teamet å produsere et tredimensjonalt kart over kosmos som dekker mer enn seks milliarder lysår. Og mens andre nylige undersøkelser har sett lenger bort - opp til avstander på 9 og 13 milliarder lysår - er BOSS-kartet unikt ved at det kan skryte av den høyeste nøyaktigheten til et hvilket som helst kosmologisk kart.
Faktisk var BOSS-teamet i stand til å måle fordelingen av galakser i kosmos, og i en avstand på 6 milliarder lysår, til innenfor en enestående feilmargin på 1%. Å bestemme arten av kosmiske objekter på store avstander er ingen enkel sak på grunn av relativitetens effekter. Som Dr. Eisenstein fortalte Space Magazine via e-post:
”Avstander er en langvarig utfordring innen astronomi. Mens mennesker ofte kan bedømme avstand på grunn av vår kikkertvisjon, er galakser utenfor Melkeveien altfor langt unna til å bruke det. Og fordi galakser kommer i en rekke indre størrelser, er det vanskelig å bedømme deres avstand. Det er som å se på et fjernt fjell; ens dom over avstanden er bundet med ens bedømmelse av dens høyde. "
Tidligere har astronomer foretatt nøyaktige målinger av objekter i det lokale universet (dvs. planeter, nabostjerner, stjerneklynger) ved å stole på alt fra radar til rødforskyvning - i hvilken grad lysets bølgelengde forskyves mot den røde enden av spektrum. Jo større avstanden til et objekt er, desto større er usikkerhetsgraden.
Og til nå er det bare gjenstander som er noen få tusen lysår fra Jorden - dvs. innenfor Melkeveis galaksen - som har fått avstandene sine målt til innenfor en prosent feilmargin. Som det største av de fire prosjektene som utgjør Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), er det som skiller BOSS det faktum at det først og fremst er avhengig av måling av det som kalles "baryon akoustiske svingninger" (BAOs).
Dette er i hovedsak subtile periodiske krusninger i fordelingen av synlig baryonisk (dvs. normal) materie i kosmos. Daniel Eisenstein forklarte:
BOSS måler utvidelsen av universet på to primære måter. Den første er ved å bruke baryons akustiske svingninger (derav navnet på undersøkelsen). Lydbølger som ferdes i de første 400 000 årene etter Big Bang, skaper en foretrukket skala for separasjoner av par galakser. Ved å måle denne foretrukne separasjonen i en prøve av mange galakser, kan vi utlede avstanden til prøven.
”Den andre metoden er å måle hvordan klynge av galakser skiller seg mellom par orientert langs siktlinjen sammenlignet med tverrgående mot siktlinjen. Utvidelsen av universet kan føre til at denne klyngen blir asymmetrisk hvis man bruker feil ekspansjonshistorie når man konverterer rødskift til distanse. ”
Med disse nye, meget nøyaktige avstandsmålingene, vil BOSS-astronomer kunne studere innflytelsen fra Dark Matter med langt større presisjon. "Ulike mørke energimodeller varierer i hvordan akselerasjonen av utvidelsen av universet går over tid," sa Eisenstein. “BOSS måler ekspansjonshistorikken, som gjør at vi kan utlede akselerasjonshastigheten. Vi finner resultater som er veldig samsvarende med spådommene til den kosmologiske konstante modellen, det vil si modellen der mørk energi har konstant tetthet over tid. ”
I tillegg til å måle fordelingen av normalstoff for å bestemme påvirkningen av Dark Energy, jobber SDSS-III Collaboration for å kartlegge Melkeveien og søke etter ekstrasolare planeter. BOSS-målingene er detaljert i en serie artikler som ble sendt til tidsskrifter av BOSS-samarbeidet forrige måned, som alle nå er tilgjengelige på nettet.
Og BOSS er ikke den eneste anstrengelsen for å forstå universets storskala struktur, og hvordan alle dets mystiske krefter har formet det. Bare forrige måned kunngjorde professor Stephen Hawking at COSMOS superdatasenter ved Cambridge University ville lage det mest detaljerte 3D-kartet til universet til dags dato.
Ved å stole på data innhentet av CMB-data innhentet av ESAs Planck-satellitt og informasjon fra Dark Energy Survey, håper de også å måle innflytelsen Dark Energy har hatt på distribusjonen av materien i vårt univers. Hvem vet? Om noen år kan vi godt forstå hvordan alle de grunnleggende kreftene som styrer universet, fungerer sammen.
