Bildekreditt: SDSS
Siden oppdagelsen for flere år siden av en mystisk styrke, kalt mørk energi, som ser ut til å akselerere universet, har astronomer søkt etter ytterligere bevis for å enten støtte eller redusere denne teorien. Astronomer fra Sloan Digital Sky Survey har funnet svingninger i kosmisk bakgrunnsstråling som samsvarer med den frastøtende innflytelsen fra mørk energi.
Forskere fra Sloan Digital Sky Survey kunngjorde oppdagelsen av uavhengige fysiske bevis for eksistensen av mørk energi.
Forskerne fant et avtrykk av mørk energi ved å korrelere millioner av galakser i Sloan Digital Sky Survey (SDSS) og kosmiske mikrobølgeovnbakgrunnstemperaturkart fra NASAs Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Forskerne fant mørk energis "skygge" på den gamle kosmiske strålingen, en relikvie av avkjølt stråling fra Big Bang.
Med kombinasjonen av resultater fra disse to store himmelundersøkelsene, gir denne oppdagelsen fysiske bevis for eksistensen av mørk energi; et resultat som kompletterer tidligere arbeid med akselerasjonen av universet målt fra fjerne supernovaer. Observasjoner fra Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics (BOOMERANG) av kosmisk mikrobølgeovnbakgrunn (CMB) var også en del av de tidligere funnene.
Mørk energi, en viktig komponent i universet og et av de største conundrums i vitenskapen, er gravitasjonsmessig frastøtende snarere enn attraktiv. Dette får universets utvidelse til å akselerere, i motsetning til tiltrekningen av vanlig (og mørk) materie, noe som vil få det til å avta.
"I et flatt univers skjer effekten vi observerer bare hvis du har et univers med mørk energi," forklarte hovedforsker Dr. Ryan Scranton ved University of Pittsburghs fysikk- og astronomiavdeling. "Hvis universet bare var sammensatt av materie og fortsatt flatt, ville denne effekten ikke eksistert."
“Da fotoner fra den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB) reiser til oss fra 380 000 år etter Big Bang, kan de oppleve en rekke fysiske prosesser, inkludert Integrated Sachs-Wolfe-effekten. Denne effekten er et avtrykk eller skygge av mørk energi på mikrobølger. Effekten måler også endringene i temperaturen på kosmisk mikrobølgeovnbakgrunn på grunn av tyngdekraftens innvirkning på energien til fotoner ”, la Scranton til.
Oppdagelsen er "en fysisk deteksjon av mørk energi, og meget komplementær til andre påvisninger av mørk energi" la Dr. Bob Nichol, en SDSS-samarbeidspartner og førsteamanuensis i fysikk ved Carnegie Mellon University i Pittsburgh, til. Nichol likte den integrerte Sachs-Wolfe-effekten med å se på en person som sto foran et solfylt vindu: “Du ser bare omrissene deres og kan gjenkjenne dem fra nettopp denne informasjonen. På samme måte har signalet vi ser den rette konturen (eller skyggen) som vi forventer for mørk energi, ”sa Nichol.
"Spesielt fargen på signalet er den samme som fargen på den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, noe som beviser at det er kosmologisk og ikke er irriterende forurensning," la Nichol til.
“Dette arbeidet gir fysisk bekreftelse på at man trenger mørk energi for å samtidig forklare både CMB- og SDSS-data, uavhengig av supernovaearbeidet. Slike tverrkontroller er vitale i vitenskapen, ”la Jim Gunn, prosjektforsker ved SDSS og professor i astronomi ved Princeton University, til.
Dr. Andrew Connolly fra University of Pittsburgh forklarte at fotoner som strømmer fra den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, passerer gjennom mange konsentrasjoner av galakser og mørk materie. Når de faller inn i en gravitasjonsbrønn, får de energi (akkurat som en ball som ruller nedover en bakke). Når de kommer ut mister de energien (igjen som en ball som ruller opp en bakke). Fotografiske bilder av mikrobølgene blir mer blå (dvs. mer energiske) når de faller inn mot disse superklusterkonsentrasjonene og blir mer røde (dvs. mindre energiske) når de klatrer bort fra dem.
”I et univers bestående hovedsakelig av normal materie kan man forvente at nettoeffekten av de røde og blå skiftene ville avlyse. Men de siste årene opplever vi at de fleste tingene i universet vårt er unormale ved at det er gravitasjonsmessig frastøtende snarere enn gravitasjonsmessig attraktivt, ”forklarte Albert Stebbins, forsker ved NASA / Fermilab Astrophysics Center Fermi National Accelerator Laboratory, et SDSS-samarbeidende institusjon. "Dette unormale ting vi kaller mørk energi."
SDSS-samarbeidspartner Connolly sa at hvis dybden på gravitasjonsbrønnen avtar mens fotonet beveger seg gjennom det, ville fotonet gå ut med litt mer energi. “Hvis dette var sant, ville vi forvente å se at den kosmiske mikrobølgeovnbakgrunnenstemperaturen er litt varmere i regioner med flere galakser. Dette er nøyaktig hva vi fant. "
Stebbins la til at netto energiendringen som forventes fra en enkelt konsentrasjon av masse er mindre enn en del i en million, og forskere måtte se på et stort antall galakser før de kunne forvente å se effekten. Han sa at resultatene bekrefter at mørk energi eksisterer i relativt små massekonsentrasjoner: bare 100 millioner lysår over hvor de tidligere observerte effektene mørk energi var i en skala fra 10 milliarder lysår på tvers. Et unikt aspekt ved SDSS-dataene er deres evne til å måle avstandene til alle galakser nøyaktig fra fotografisk analyse av deres fotometriske rødskift. "Derfor kan vi se avtrykket av denne effekten på CMB vokse som en funksjon av universets alder," sa Connolly. "Etter hvert kan vi kanskje bestemme arten av den mørke energien fra målinger som disse, selv om det er litt i fremtiden."
”For å kunne konkludere med at mørk energi eksisterer, må vi bare anta at universet ikke er krummet. Etter at Wilkinson Microbe Anisotropy Probe-resultatene kom inn (i februar 2003), er dette en godt akseptert antakelse, ”forklarte Scranton. “Dette er ekstremt spennende. Vi visste ikke om vi kunne få et signal, så vi brukte mye tid på å teste dataene mot forurensning fra galaksen eller andre kilder. Å ha resultatene kommet så sterkt ut som de gjorde, var ekstremt tilfredsstillende. ”
Funnene ble gjort i 3.400 kvadratgrader av himmelen kartlagt av SDSS.
"Denne kombinasjonen av rombasert mikrobølgeovn og bakkebasert optisk data ga oss dette nye vinduet inn i egenskapene til mørk energi," sa David Spergel, kosmolog fra Princeton University og medlem av WMAP-forskerteamet. "Ved å kombinere WMAP- og SDSS-data har Scranton og hans samarbeidspartnere vist at mørk energi, uansett hva det er, er noe som ikke tiltrekkes av tyngdekraften, selv ikke på de store skalaene som er undersøkt av Sloan Digital Sky Survey.
"Dette er et viktig hint for fysikere som prøver å forstå den mystiske mørke energien," la Spergel til.
I tillegg til hovedetterforskerne Scranton, Connolly, Nichol og Stebbins, bidro Istavan Szapudi fra University of Hawaii til forskningen. Andre som er involvert 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 kartlegge i detalj en fjerdedel av hele himmelen og bestemme posisjonene og absolutt lysstyrke for 100 millioner himmelobjekter. Den vil også måle avstandene til mer enn en million galakser og kvasarer. Astrophysical Research Consortium (ARC) driver Apache Point Observatory, stedet for SDSS-teleskopene.
SDSS er et felles prosjekt 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, USAs marinobservatorium og University of Washington.
Finansiering til prosjektet er gitt av Alfred P. Sloan-stiftelsen, de deltagende institusjoner, National Aeronautics and Space Administration, National Science Foundation, U.S. Department of Energy, Japanese Japanese Monbukagakusho og Max Planck Society.
WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY PROBE (WMAP) er et NASA-oppdrag bygget i samarbeid med Princeton University og Goddard Space Flight Center for å måle temperaturen på den kosmiske bakgrunnsstrålingen, restvarmen fra Big Bang. WMAP-oppdraget avslører forhold som de eksisterte i det tidlige universet ved å måle egenskapene til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen strålingen over full himmel. (Http://map.gsfc.nasa.gov)
Originalkilde: SDSS News Release
