Når det gjelder nøyaktighet, streber alle etter hundre prosent, men å måle kosmiske avstander overlater litt mer til tilfeldighetene. For bare få dager siden kunngjorde forskere fra Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) til verden at de har vært i stand til å måle avstanden til galakser som ligger mer enn seks milliarder lysår unna til et konfidensnivå på bare én prosent. Hvis denne kunngjøringen ikke virker spennende, kan du tenke på hva den vil si for andre studier. Disse nye målingene gir en parameter til egenskapene til den allestedsnærværende "mørke energien" - kilden til universell utvidelse.
"Det er ikke mange ting i hverdagen som vi vet med en prosents nøyaktighet," sa David Schlegel, fysiker ved Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) og hovedetterforsker for BOSS. "Jeg vet nå størrelsen på universet bedre enn jeg vet størrelsen på huset mitt."
Forskningsteamets funn ble presentert på møtet i American Astronomical Society av Harvard University astronom Daniel Eisenstein, direktør for Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), den verdensomspennende organisasjonen som inkluderer BOSS. De er detaljert i en serie artikler sendt til tidsskrifter av BOSS-samarbeidet forrige måned, som alle nå er tilgjengelige som forhåndsutskrifter på nettet.
"Å bestemme avstand er en grunnleggende utfordring for astronomi," sa Eisenstein. “Du ser noe på himmelen - hvor langt borte er det? Når du først vet hvor langt det er, er det plutselig mye lettere å lære alt annet om det. ”
Når det gjelder måling av avstander i verdensrommet, har astronomer benyttet mange metoder. Å måle avstander til planeter har blitt oppnådd ved hjelp av radar, men det har sine begrensninger og å gå lenger ut i verdensrommet betyr en mindre direkte metode. Selv om de har vist seg å være utrolig nøyaktige, er det fortsatt en usikkerhetsfaktor involvert - en som uttrykkes i prosent. Hvis du for eksempel skulle måle avstanden fra et objekt 200 mil unna til innenfor en sann verdi på 2 mil, har du målt med en nøyaktighet på 1%. Kosmisk sett er faktisk bare noen hundre stjerner og en håndfull stjerneklynger nær nok til å få sine avstander så nøyaktig forutsagt. De bor i Melkeveien og er bare noen få tusen lysår unna. BOSS tar det til det ytterste ... målingene går langt utover våre galaktiske grenser, mer enn en million ganger lenger, og kartlegger universet med enestående nøyaktighet.
Takket være disse nye, meget nøyaktige avstandsmålingene, gjør BOSS-astronomene kurs foran mørk energi. "Vi forstår ennå ikke hva mørk energi er," forklarte Eisenstein, "men vi kan måle dens egenskaper. Deretter sammenligner vi disse verdiene med hva vi forventer at de skal være, gitt vår nåværende forståelse av universet. Jo bedre målingene våre er, jo mer kan vi lære. ”
Hvordan gjøres det? Å oppnå en målingsmåling på seks milliarder lysår er ikke så enkelt som å måle et solsystemobjekt, eller til og med en som finnes i galaksen vår. Det er her BOSS spiller inn. Det er det største av de fire prosjektene som utgjør Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), og ble bygget for å dra nytte av denne teknikken: måling av de såkalte “baryon acoustic oscillations” (BAOs), subtile periodiske krusninger i fordelingen av galakser i kosmos. Disse krusningene er signaturen til trykkbølger som en gang cruiset det tidlige universet på en tid da ting var så varmt og tett at fotoner marsjerte sammen med baryoner - det som skaper atomkjerner. Siden størrelsen på krusningen er kjent, kan denne størrelsen nå måles ved å kartlegge galakser.
"Med disse galaksmålingene har naturen gitt oss en vakker hersker," sa Ashley Ross, en astronom fra University of Portsmouth. ”Linjalen er tilfeldigvis en halv milliard lysår, så vi kan bruke den til å måle avstander nøyaktig, selv fra veldig langt borte.
Ved å bruke sin spesialiserte instrumentering som kan gjøre detaljerte målinger av tusen galakser om gangen, tok BOSS på seg en enorm utfordring - kartlegge plasseringen av mer enn en million galakser. "På en klar natt når alt går perfekt, kan vi legge til mer enn 8000 galakser og kvasarer på kartet," sa Kaike Pan, som leder teamet av observatører ved SDSS-IIIs Sloan Foundation 2,5-meter teleskop ved Apache Point Observatory i New Mexico.
Selv om BOSS-forskerteamet presenterte sine tidlige galakskart og begynte BAO-målinger for et år siden, dekker disse nye dataene dobbelt så mye territorium og gir en enda mer nøyaktig måling - inkludert dem til nærliggende galakser. "Å gjøre disse målingene på to forskjellige avstander gjør det mulig for oss å se hvordan utvidelsen av universet har endret seg over tid, noe som vil hjelpe oss å forstå hvorfor det akselererer," forklarte University of Portsmouth astronom Rita Tojeiro, som er leder av BOSS galakse-klyngen arbeidsgruppe sammen med Jeremy Tinker fra New York University.
Mariana Vargas-Magana, postdoktorisk forsker ved Carnegie Mellon University, gjør også en lignende studie. For å muliggjøre enda mer nøyaktighet, undersøker hun eventuelle subtile effekter som kan påvirke BOSS-målingene. "Når du prøver å nå en prosent, må du være paranoid om alt som kan gå til og med litt galt," sa Vargas-Magana - for eksempel kunne små forskjeller i hvordan galakser ble identifisert ha kastet hele målingen av deres distribusjon, så forskjellige deler av himmelen måtte sjekkes nøye. “Heldigvis,” sa Vargas-Magana, “er det mange forsiktige mennesker i teamet vårt for å sjekke forutsetningene våre. Da alle er fornøyde, er vi sikre på at vi ikke savnet noe. ”
Per i dag ser disse nye BOSS-funnene ut til å være i samsvar med det vi anser for å være en form for mørk energi - en konstant funnet gjennom universets historie. I følge nyhetsoppslaget er denne “kosmologiske konstanten” ett av bare seks tall som kreves for å lage en modell som sammenfaller med universets skala og struktur. Schlegel sammenligner denne seks-tallsmodellen med en glassrute, som er festet på plass av bolter som representerer forskjellige målinger av universets historie. "BOSS har nå en av de tetteste av disse boltene, og vi ga den bare en halv sving," sa Schlegel. "Hver gang du skraller opp spenningen og glasset ikke går i stykker, er det en suksess for modellen."
Original historiekilde: Sloan Digital Sky Survey III News Release. For videre lesning: Max Planck Institute nyhetsutgivelse.
