1929 veränderte Edwin Hubble unser Verständnis des Kosmos für immer, indem er zeigte, dass sich das Universum in einem Zustand der Expansion befindet. In den 1990er Jahren stellten Astronomen fest, dass sich die Geschwindigkeit ihrer Expansion tatsächlich beschleunigt, was wiederum zu der Theorie von „ Dunkle Energie “. Seitdem versuchen Astronomen und Physiker die Existenz dieser Kraft zu bestimmen, indem sie ihren Einfluss auf den Kosmos messen.
Das Neueste in diesen Bemühungen kommt von der Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), wo ein internationales Forscherteam bekannt gegeben hat, dass es die bisher genauesten Messungen des Universums erstellt hat. Bekannt als Spektroskopische Untersuchung der Baryonenoszillation (BOSS) haben ihre Messungen den Eigenschaften von Dark Energy neue Beschränkungen auferlegt.
Die neuen Messungen wurden kürzlich von dem Astronomen Daniel Eisenstein von der Harvard University auf einer Sitzung der American Astronomical Society vorgestellt. Als Direktor des Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) haben er und sein Team die letzten zehn Jahre damit verbracht, den Kosmos und die periodischen Schwankungen der Dichte normaler Materie zu vermessen, um zu sehen, wie Galaxien im Universum verteilt sind.
Eine Illustration der akustischen Schwingungen von Baryonen, die sich im frühen Universum eingeprägt haben und heute noch in Galaxiendurchmusterungen wie BOSS zu sehen sind. Bildnachweis: Chris Blake und Sam Moorfield
Und nach einem Jahrzehnt der Forschung konnte das BOSS-Team eine dreidimensionale Karte des Kosmos erstellen, die mehr als sechs Milliarden Lichtjahre umfasst. Und während andere aktuelle Umfragen in die Ferne geblickt haben – bis zu Abstände von 9 und 13 Milliarden Lichtjahre – die BOSS-Karte ist einzigartig, da sie die höchste Genauigkeit aller kosmologischen Karten aufweist.
Tatsächlich konnte das BOSS-Team die Verteilung von Galaxien im Kosmos in einer Entfernung von 6 Milliarden Lichtjahren mit einer beispiellosen Fehlerquote von 1 % messen. Die Natur kosmischer Objekte auf große Entfernungen zu bestimmen, ist aufgrund der Relativitätseffekte keine leichte Aufgabe. Wie Dr. Eisenstein Universe Today per E-Mail sagte:
„Entfernungen sind eine seit langem bestehende Herausforderung in der Astronomie. Während Menschen aufgrund unseres binokularen Sehens oft Entfernungen einschätzen können, sind Galaxien jenseits der Milchstraße viel zu weit entfernt, um dies zu nutzen. Und da Galaxien eine große Bandbreite an intrinsischen Größen aufweisen, ist es schwierig, ihre Entfernung einzuschätzen. Es ist, als würde man einen weit entfernten Berg betrachten; das Urteil über seine Entfernung ist an das Urteil über seine Höhe gebunden.“
In der Vergangenheit haben Astronomen genaue Messungen von Objekten innerhalb des Lokaluniversums (dh Planeten, Nachbarsterne, Sternhaufen) durchgeführt, indem sie sich auf alles verlassen haben, vom Radar bis zur Rotverschiebung – dem Grad, in dem die Wellenlänge des Lichts zum roten Ende des Spektrum. Je größer jedoch die Entfernung eines Objekts ist, desto größer ist die Unsicherheit.
Ein künstlerisches Konzept der neuesten, hochgenauen Vermessung des Universums von BOSS. Bildnachweis: Zosia Rostomian/Lawrence Berkeley National Laboratory
Und bisher wurden nur die Entfernungen von Objekten, die einige tausend Lichtjahre von der Erde entfernt sind – also innerhalb der Milchstraße – mit einer Fehlergrenze von einem Prozent gemessen. Als größtes der vier Projekte des Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) zeichnet sich BOSS dadurch aus, dass es hauptsächlich auf der Messung sogenannter „baryonischer akustischer Schwingungen“ (BAOs) beruht.
Dies sind im Wesentlichen subtile periodische Wellen in der Verteilung von sichtbarer baryonischer (d. h. normaler) Materie im Kosmos. Wie Dr. Daniel Eisenstein erklärte:
„BOSS misst die Ausdehnung des Universums hauptsächlich auf zwei Arten. Die erste besteht darin, die akustischen Schwingungen des Baryons zu verwenden (daher der Name der Untersuchung). Schallwellen, die sich in den ersten 400.000 Jahren nach dem Urknall ausbreiten, bilden eine bevorzugte Skala für die Trennung von Galaxienpaaren. Indem wir diesen bevorzugten Abstand in einer Probe vieler Galaxien messen, können wir auf die Entfernung zur Probe schließen.
„Die zweite Methode besteht darin, zu messen, wie sich die Anhäufung von Galaxien zwischen Paaren unterscheidet, die entlang der Sichtlinie orientiert sind, verglichen mit der quer zur Sichtlinie. Die Expansion des Universums kann dazu führen, dass diese Clusterung asymmetrisch wird, wenn man bei der Umrechnung von Rotverschiebungen in Entfernungen die falsche Expansionshistorie verwendet.“
Mit diesen neuen, hochgenauen Entfernungsmessungen können BOSS-Astronomen den Einfluss der Dunklen Materie noch genauer untersuchen. „Verschiedene Modelle der Dunklen Energie unterscheiden sich darin, wie die Beschleunigung der Expansion des Universums im Laufe der Zeit fortschreitet“, sagte Eisenstein. „BOSS misst die Expansionshistorie, aus der wir auf die Beschleunigungsrate schließen können. Wir finden Ergebnisse, die in hohem Maße mit den Vorhersagen des kosmologischen Konstantenmodells übereinstimmen, also dem Modell, in dem dunkle Energie über die Zeit eine konstante Dichte hat.“
Das Erkennen der großräumigen Struktur des Universums und die Rolle, die Dark Energy spielt, ist der Schlüssel zur Entschlüsselung seiner Geheimnisse. Bildnachweis: NAOJ/CFHT/SDSS
Neben der Messung der Verteilung normaler Materie, um den Einfluss der Dunklen Energie zu bestimmen, arbeitet die SDSS-III-Kollaboration an der Kartierung der Milchstraße und der Suche nach extrasolaren Planeten. Die BOSS-Messungen werden in einer Reihe von Artikeln detailliert beschrieben, die letzten Monat von der BOSS-Kollaboration bei Zeitschriften eingereicht wurden und die jetzt alle vorliegen Online verfügbar .
Und BOSS ist nicht der einzige Versuch, die großräumige Struktur unseres Universums zu verstehen und zu verstehen, wie all seine mysteriösen Kräfte es geformt haben. Erst letzten Monat, Professor Stephen Hawking kündigte an dass die KOSMOS Supercomputing-Zentrum der Universität Cambridge würde die bisher detaillierteste 3D-Karte des Universums erstellen.
Sich auf Daten verlassen, die von den CMB erhalten wurden Daten, die von den ESAs erhalten wurden Planck-Satellit und Informationen von der Dunkelenergie-Umfrage , hoffen sie auch, den Einfluss der Dunklen Energie auf die Verteilung der Materie in unserem Universum messen zu können. Wer weiß? In einigen Jahren werden wir möglicherweise verstehen, wie alle fundamentalen Kräfte, die das Universum regieren, zusammenarbeiten.
Weiterlesen: SDSIII
