Forskere fra Sloan Digital Sky Survey (SDSS) rapporterte i dag den første robuste deteksjonen av kosmisk forstørrelse på store skalaer, en prediksjon av Einsteins generelle relativitetsteori brukt til distribusjonen av galakser , mørk materie og fjerne kvasarer.
Disse funnene, akseptert for publisering i The Astrophysical Journal, beskriver de subtile forvrengningene som lyset gjennomgår når det reiser fra fjerne kvasarer gjennom nettet av mørk materie og galakser før de når observatørene her på jorden.
SDSS-funnet avslutter en to tiår gammel uenighet mellom tidligere forstørrelsesmålinger og andre kosmologiske tester av forholdet mellom galakser, mørk materie og universets samlede geometri.
"Forvrengningen av formene på bakgrunnsgalakser på grunn av gravitasjonslinser ble først observert for et tiår siden, men ingen hadde klart å påvise forstørrelsesdelen av linsesignalet," forklarte hovedforsker Ryan Scranton ved University of Pittsburgh.
Når lys gjør sin 10 milliarder år lange reise fra en fjern kvasar, blir den avbøyd og fokusert av tyngdekraften fra mørk materie og galakser, en effekt kjent som gravitasjonslinsing. SDSS-forskerne målte definitivt den svake lysningen, eller "forstørrelsen" av kvasarer og koblet effekten til tettheten av galakser og mørk materie langs banen til kvasarlyset. SDSS-teamet har oppdaget denne forstørrelsen i lysstyrken på 200 000 kvasarer.
Mens gravitasjonslinsering er en grunnleggende prediksjon av Einsteins generelle relativitet, gir SDSS-samarbeidets oppdagelse en ny dimensjon.
"Å observere forstørrelseseffekten er en viktig bekreftelse på en grunnleggende prediksjon av Einsteins teori," forklarte SDSS-samarbeidspartner Bob Nichol ved University of Portsmouth (UK). "Det gir oss også en avgjørende konsistenskontroll av standardmodellen som er utviklet for å forklare samspillet mellom galakser, galakse klynger og mørk materie."
Astronomer har prøvd å måle dette aspektet av gravitasjonslinser i to tiår. Forstørrelsessignalet er imidlertid en veldig liten effekt - så små som noen få prosent øker i lyset som kommer fra hver kvasar. Å oppdage en så liten endring krevde en veldig stor prøve av kvasarer med nøyaktige målinger av lysstyrken.
"Mens mange grupper har rapportert om påvisninger av kosmisk forstørrelse i det siste, var datasettene ikke store nok eller presise nok til å tillate en endelig måling, og resultatene var vanskelige å forene med standard kosmologi," la Brice Menard, en forsker ved Institute for Advanced Study i Princeton, NJ.
Gjennombruddet kom tidligere i år ved hjelp av en nøyaktig kalibrert prøve på 13 millioner galakser og 200.000 kvasarer fra SDSS-katalogen. De heldigitale dataene tilgjengelig fra SDSS løste mange av de tekniske problemene som plaget tidligere forsøk på å måle forstørrelsen. Nøkkelen til den nye målingen var imidlertid utviklingen av en ny måte å finne kvasarer i SDSS-dataene.
"Vi tok nyskapende ideer fra verden av informatikk og statistikk og brukte dem på dataene våre," forklarte Gordon Richards fra Princeton University.
Richards forklarte at ved å bruke nye statistiske teknikker kunne SDSS-forskere trekke ut en prøve av kvasarer som var 10 ganger større enn konvensjonelle metoder, noe som muliggjorde den ekstraordinære presisjonen som kreves for å finne forstørrelsessignalet. "Vår klare deteksjon av linsesignalet kunne ikke vært gjort uten disse teknikkene," konkluderte Richards.
Nyere observasjoner av storstilt fordeling av galakser, den kosmiske mikrobølgebakgrunnen og fjerne supernovaer har ført til at astronomer utviklet en ‘standardmodell’ av kosmologi. I denne modellen representerer synlige galakser bare en liten brøkdel av all universets masse, mens resten er laget av mørk materie.
Men for å forene tidligere målinger av det kosmiske forstørrelsessignalet med denne modellen, kreves det å gjøre usannsynlige antagelser om hvordan galakser fordeles i forhold til den dominerende mørke materien. Dette førte til at noen konkluderte med at det grunnleggende kosmologiske bildet var feil eller i det minste inkonsekvent. Imidlertid indikerer de mer presise SDSS-resultatene at tidligere datasett sannsynligvis ikke var opp til utfordringen med målingen.
"Med kvalitetsdataene fra SDSS og vår mye bedre metode for å velge kvasarer, har vi satt dette problemet i ro," sa Scranton. "Vår måling er i samsvar med resten av det universet forteller oss og den irriterende uenigheten er løst."
"Nå som vi har vist at vi kan gjøre en pålitelig måling av den kosmiske forstørrelsen, vil neste trinn være å bruke den som et verktøy for å studere samspillet mellom galakser, mørk materie og lys i mye større detalj," sa Andrew Connolly ved University of Pittsburgh.
Originalkilde: SDSS News Release
