Bildekreditt: Chandra
Mørk energi. Eksisterer den, og hva er dens egenskaper? Ved å bruke galakse-klyngebilder fra NASAs Chandra røntgenobservatorium har astronomer brukt en kraftig, ny metode for å oppdage og undersøke mørk energi. Resultatene gir spennende ledetråder om mørkenergiens natur og universets skjebne. Marshall Center administrerer Chandra-programmet.
Foto: Sammensatt bilde av galakse-klyngen Abell 2029 (Optisk: NOAO / Kitt Peak / J.Uson, D.Dale; Røntgen: NASA / CXC / IoA / S.Allen et al.)
Astronomer har oppdaget og sondert mørk energi ved å bruke en kraftig, ny metode som bruker bilder av galakse klynger laget av NASAs Chandra røntgenobservatorium. Resultatene sporer overgangen til utvidelsen av universet fra en nedbremsing til en akselererende fase for flere milliarder år siden, og gir spennende ledetråder om arten av mørk energi og universets skjebne.
"Mørk energi er kanskje det største mysteriet i fysikk," sa Steve Allen fra Institute of Astronomy (IoA) ved University of Cambridge i England, og leder for studien. "Som sådan er det ekstremt viktig å gjøre en uavhengig test av dens eksistens og egenskaper."
Allen og kollegene brukte Chandra til å studere 26 klynger av galakser i avstander som tilsvarer lette reisetider på mellom ett og åtte milliarder år. Disse dataene spenner over tiden da universet avtok fra sin opprinnelige ekspansjon, før de satte fart på nytt på grunn av den frastøtende effekten av mørk energi.
"Vi ser direkte at utvidelsen av universet akselererer ved å måle avstandene til disse galakse-klyngene," sa Andy Fabian også fra IoA, en medforfatter på studien. De nye Chandra-resultatene antyder at den mørke energitettheten ikke endrer seg raskt med tiden og kan til og med være konstant, i samsvar med det "kosmologiske konstante" konseptet som først ble introdusert av Albert Einstein. I så fall forventes universet å fortsette å utvide seg for alltid, slik at bare i mange milliarder av år bare en liten brøkdel av de kjente galaksene vil være observerbar.
Hvis den mørke energitettheten er konstant, vil mer dramatiske skjebner for universet unngås. Disse inkluderer "Big Rip", der mørk energi øker til galakser, stjerner, planeter og til slutt atomer til slutt blir revet fra hverandre. "Big Crunch", der universet til slutt kollapser på seg selv, ville også bli utelukket.
Chandras sonde av mørk energi er avhengig av røntgenobservasjoners unike evne til å oppdage og studere den varme gassen i galakse klynger. Fra disse dataene kan forholdet mellom massen til den varme gassen og massen av mørk materie i en klynge bestemmes. De observerte verdiene til gassfraksjonen avhenger av antatt avstand til klyngen, som igjen avhenger av romets krumning og mengden mørk energi i universet.
Fordi galakse klynger er så store, antas de å representere et rettferdig utvalg av materieinnholdet i universet. I så fall bør relative mengder varm gass og mørk materie være de samme for hver klynge. Ved å bruke denne antakelsen justerte Allen og kolleger avstandsskalaen for å bestemme hvilken som passer best for dataene. Disse avstandene viser at utvidelsen av universet først ble redusert og deretter begynte å akselerere for omtrent seks milliarder år siden.
Chandras observasjoner stemmer overens med supernova-resultater inkludert de fra Hubble-romteleskopet (HST), som først viste mørk energis effekt på akselerasjonen av universet. Chandras resultater er helt uavhengige av supernovateknikken - både i bølgelengde og objektene som er observert. Slik uavhengig bekreftelse er en hjørnestein i vitenskapen. I dette tilfellet hjelper det å fjerne enhver tvil om at supernovateknikken er feil.
"Chandra-metoden vår har ingenting å gjøre med andre teknikker, så de sammenligner absolutt ikke notater, for å si det," sa Robert Schmidt ved University of Potsdam i Tyskland, en annen medforfatter på studien.
Bedre grenser for mengden mørk energi og hvordan den varierer med tiden oppnås ved å kombinere røntgenresultatene med data fra NASAs Wilkinson Microbys Anisotropy Probe (WMAP), som brukte observasjoner av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen stråling for å oppdage bevis for mørk energi i det tidlige universet. Ved å bruke de kombinerte dataene fant Allen og kollegene at mørk energi utgjør omtrent 75% av universet, mørk materie rundt 21% og synlig materie ca 4%.
Allen og kollegene understreker at usikkerhetene i målingene er slik at dataene stemmer overens med mørk energi som har en konstant verdi. De nåværende Chandra-dataene tillater imidlertid muligheten for at den mørke energitettheten øker med tiden. Mer detaljerte studier med Chandra, HST, WMAP og med det fremtidige oppdraget Constellation-X skal gi mye mer presise begrensninger for mørk energi.
"Inntil vi bedre forstår den kosmiske akselerasjonen og arten av den mørke energien, kan vi ikke håpe å forstå skjebnen til universet," sa den uavhengige kommentatoren Michael Turner ved University of Chicago.
Teamet som utførte forskningen, inkluderte også Harald Ebeling fra University of Hawaii og avdøde Leon van Speybroeck fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Disse resultatene vil vises i en kommende utgave av the Monthly Notices of the Royal Astronomy Society.
NASAs Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Administrerer Chandra-programmet for NASAs Office of Space Science, Washington. Northrop Grumman fra Redondo Beach, California, tidligere TRW, Inc., var den viktigste utviklingsentreprenøren for observatoriet. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerer vitenskap og flyoperasjoner fra Chandra X-ray Center i Cambridge, Mass.
Ytterligere informasjon og bilder er tilgjengelige på:
http://chandra.harvard.edu/
og
http://chandra.nasa.gov/
Originalkilde: NASA News Release
