11-Sigma-Erkennung von Dunkler Energie stammt aus der Messung von über einer Million extrem weit entfernter Galaxien

Nachdem sich im frühen Universum Galaxien zu bilden begannen, dehnte sich das Universum weiter aus. Die Gravitationsanziehung zwischen Galaxien führte dazu, dass Galaxien zu Superhaufen zusammengezogen wurden, während dunkle Energie und die daraus resultierende kosmische Expansion diese Haufen auseinandertrieb. Infolgedessen ist das Universum mit engen Galaxienhaufen gefüllt, die durch riesige Leerräume aus meist leerem Raum getrennt sind.

Das Ausmaß dieser Cluster und Leerstellen basiert auf der Geschwindigkeit, mit der sich das Universum im Laufe der Zeit ausdehnt. Der Effekt ähnelt der Art und Weise, wie Luftmoleküle durch den unterschiedlichen Druck von Schallwellen geclustert werden, daher ist der Effekt bekannt als baryonische akustische Oszillation (BAO). Durch diesen Effekt können Astronomen dunkle Energie untersuchen, indem sie die Position und Rotverschiebung von mehr als einer Million Galaxien messen. Das Sammeln und Analysieren von Galaxien wurde zuerst von den Baryon-Oszillationsspektroskopie (BOSS). Es wurde dann auf eBOSS erweitert, das erste Ergebnisse veröffentlicht hat.

Eine Visualisierung des Laniakea-Superhaufens, zu dem unsere Galaxie gehört. Bildnachweis: Tsaghkyan / Wikimedia Commons

Diese neue Untersuchung analysierte Galaxien in einer Entfernung von 0,7 bis 1,8 Milliarden Lichtjahren und untersuchte den BAO-Effekt genau wie die frühen BOSS-Studien. eBOSS untersuchte aber auch einen Effekt, der als Redshift Space Distortion (RSD) bekannt ist. Dadurch konnte das Team die Bewegung einer Galaxie im Weltraum sowie die kosmische Expansion berücksichtigen.

Innerhalb des Standardmodells der Kosmologie kann die Entfernung einer Galaxie durch ihre Rotverschiebung bestimmt werden. Da sich das Universum überall ausdehnt, gilt: Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto größer ist die Ausdehnung des Raums zwischen uns und desto größer die Rotverschiebung. Aber auch Galaxien bewegen sich durch den Raum, und ihre Relativbewegung kann auch zu einer Rot- oder Blauverschiebung beitragen. Infolgedessen könnte die Rotverschiebung insgesamt verzerrt sein, wodurch unsere Messungen von BAO weniger genau werden. Durch RSD konnte das Team dies statistisch erklären, wodurch seine Gesamtergebnisse viel genauer werden.

Durch die Kombination von BAO und RSD bestätigte das Team die Existenz dunkler Energie mit einem erstaunlichen Vertrauensniveau von 11-Sigma. Typischerweise wird ein wissenschaftliches Ergebnis zu 5-Sigma als Bestätigung genommen. Ein Ergebnis bei 11-Sigma ist so stark, dass es so gut wie sicher ist, das wir erreichen können. Dunkle Energie und die beschleunigte Expansion, die sie vorantreibt, ist definitiv real.

Natürlich wissen wir immer noch nicht, was dunkle Energie eigentlich ist. Eine Idee ist, dass dunkle Energie eine inhärente Eigenschaft von Raum und Zeit ist. Eine kosmologische Konstante, die das Universum ausdehnt. Eine andere ist, dass dunkle Energie ein Energiefeld ist, das das Universum ausfüllt, wie eine fünfte fundamentale Kraft. Um zwischen diesen widersprüchlichen Modellen zu unterscheiden, müssen wir nicht nur die Existenz von Dunkler Energie bestätigen, sondern auch, ob sie sich im Laufe der Zeit ändert oder je nach Blickrichtung variiert. Studien wie eBOSS werden uns die Daten liefern, die wir brauchen, um das kosmische Mysterium der dunklen Energie zu verstehen.

Referenz:Gong-Bo Zhao et al.“ Die abgeschlossene SDSS-IV Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: eine Multitracer-Analyse im Fourier-Raum zur Messung des Wachstums und der Expansionsrate der kosmischen Struktur . 'Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society504.1 (2021): 33-52.