Dark Energy Survey ist raus. 29 Veröffentlichungen zu 226 Millionen Galaxien in 7 Milliarden Lichtjahren des Weltraums

Die Kosmologie ist jetzt für groß angelegte Umfragen fremd. Die Disziplin ist stolz auf die Datensammlung, und wenn es sich bei den gesammelten Daten um Milliarden Jahre alte Galaxien handelt, ist leicht zu erkennen, warum mehr Daten besser wären. Jetzt, mit einer Flut von 29 neuen Veröffentlichungen, die Teilergebnisse der größten kosmologischen Untersuchung aller Zeiten – der Dunkelenergie-Umfrage (DES) – wurden freigegeben. Und es bestätigt weitgehend, was wir bereits wussten.

Die DES fand über 6 Jahre von 2013 bis 2019 statt und betrachtete über 1/8 des Nachthimmels für insgesamt 758 Nächte. Die am 27. Mai veröffentlichten Ergebnisse enthalten eine Analyse der Daten aus der ersten Hälfte dieses Beobachtungszeitraums, nachdem bereits Ergebnisse aus dem ersten Jahr veröffentlicht wurden zurück im Jahr 2017 .

Video zur Beschreibung der Arbeit des DES.
Bildnachweis: NOIRLab YouTube-Kanal

Selbst mit nur der Hälfte der Daten beobachtete die Umfrage, die 400 einzelne Wissenschaftler aus 25 Institutionen in 7 Ländern umfasste, über 226 Millionen Galaxien. Die Beobachtungen wurden mit der Victor M Weiß Teleskop bei Cerro Tololo Interamerikanisches Observatorium in Chile. Mit einer Breite von 4 Metern hat das Blanco-Teleskop eine Auflösung von 570 Megapixel – fast 50-mal so viel wie eine normale iPhone-Kamera.

All diese Beobachtungskraft ist großartig, um Daten zu sammeln, aber die Wissenschaftler müssen wissen, was sie damit anfangen sollen, wenn sie gesammelt werden. Das Ziel der Umfrage war es, „die Verteilung von . zu quantifizieren Dunkle Materie und die Wirkung von dunkle Energie ” nach a Pressemitteilung von Fermilab, das die in der Umfrage verwendete Kamera gebaut und getestet hat. Diese beiden kaum verstandenen kosmischen Merkmale machen 95 % des gesamten bekannten „Zeugs“ im Universum aus.

Die Dark Energy Survey Kamera (DECam) im SiDet Reinraum. Die Dark Energy Camera wurde speziell für die Dark Energy Survey entwickelt. Es wurde vom Department of Energy (DOE) finanziert und im Fermilab des DOE gebaut und getestet.
Bildnachweis: NOIRLab

Trotz ihrer Verbreitung sind sie sehr schwer zu erkennen, daher der Name „dunkel“. DES bietet jedoch mehr Einblicke als je zuvor in einige Merkmale dieser wenig verstandenen Phänomene. Insbesondere zwei kosmologische Merkmale standen im Mittelpunkt der Bemühungen der Erhebung. Die erste war die „ kosmisches Netz “, während die zweiten schwach waren Gravitationslinsen .

Das kosmische Netz ist das, was Kosmologen verwenden, um die Struktur von Galaxien zu beschreiben. Diese massereichen Ansammlungen von gravitativ gebundenen Sternen sind nicht zufällig verteilt, wie man annehmen könnte, wenn das Universum alle vom gleichen Zustand aus gestartet würde. Sie bilden ein Muster, bei dem sich Galaxienhaufen zu Galaxienhaufen zusammenschließen.

Karten einiger neuerer Arbeiten zur Kartierung von Clustern aufgrund von Dunkler Materie.
Bildnachweis: Hong et. al., Astrophysical Journal

Kosmologen führen diese verklumpten Bereiche normalerweise auf das Vorhandensein einer höheren Dichte dunkler Materie und damit auf die Schwerkraft zurück. Die Kartierung, wo sie im Weltraum vorkommen, gibt Aufschluss darüber, in welchen Bereichen der Galaxie möglicherweise hohe Konzentrationen an dunkler Materie zu untersuchen sind. Die Ergebnisse von Universumswachstumsmodellen können dann mit dem kosmischen Netz verglichen werden, um ihre Genauigkeit bei der Vorhersage der tatsächlichen Entwicklung des Universums zu überprüfen.

Clustering ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, dunkle Materie zu erkennen. DES-Wissenschaftler nutzten auch ein gut untersuchtes kosmologisches Phänomen namens Gravitationslinseneffekt. Dieser Effekt tritt auf, wenn Licht um Bereiche mit hoher Schwerkraft gebeugt wird, was sicherlich Taschen aus dunkler Materie sind. Ein starker Gravitationslinseneffekt, wie der um Schwarze Löcher, ist ein häufiges Merkmal der Kosmologie und erzeugt Merkmale wie Einstein-Ringe die sehen spektakulär aus.

Der „geschmolzene Ring“ ist einer der vollständigsten Einsteinringe, die jemals entdeckt wurden.
Bildnachweis: ESA / Hubble & NASA, S. Jha, L. Shatz

Ein schwacher Gravitationslinseneffekt hat nicht ganz so viel visuelle Wirkung wie sein stärkerer Cousin, bietet jedoch mehr Einblick in diese wichtige Karte der dunklen Materie und der dunklen Energie. Es kann auch notorisch schwierig sein, den Effekt des Linseneffekts zu berechnen, und hier kommen einige zusätzliche Analysetools ins Spiel, die vom DES-Team entwickelt wurden.

Rotverschiebung ist ein Merkmal astronomischer Beobachtungen, bei dem das Licht von weit entfernten und weiter entfernten Objekten auf die rote Seite des Lichtspektrums verschoben zu sein scheint. Es ist berüchtigt dafür, Beobachtungsdaten von Merkmalen wie Gravitationslinsen oder sogar Clustern selbst zu verfälschen.

Dieses Diagramm zeigt den Unterschied zwischen unverschobenen, rotverschobenen und blauverschobenen Zielen.
Bildnachweis: NASA

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das DES-Team eine neuartige Kalibriertechnik. Sie wählten 10 verschiedene Himmelsregionen aus, um 'Tieffeld'-Suchen durchzuführen, die es ihnen ermöglichten, Galaxien zu sehen, die noch weiter entfernt waren als ihr normales Beobachtungsgebiet. Anschließend verwendeten sie die in diesen Tiefenfeldern berechneten Rotverschiebungswerte, um die Rotverschiebungswerte im restlichen vermessenen Himmel zu kalibrieren.

Auch wenn die Rotverschiebung entfernt wurde, sind mehr Daten immer nützlicher, um kosmologische Phänomene zu verstehen. Das DES-Team analysierte auch eine Reihe anderer Phänomene, darunter baryonische akustische Schwingungen , Frequenzmessungen für massereiche Galaxienhaufen und Berechnungen einiger der Merkmale von Supernovae vom Typ Ia in der Umfrage erfasst.

Dieses Bild zeigt einen immersiven Blick aus dem Inneren der Kuppel des Víctor M. Blanco 4-Meter-Teleskops am Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), einem Programm des NOIRLab der NSF. Der Dark Energy Survey fotografierte den Nachthimmel mit der 570-Megapixel-Dark Energy-Kamera auf dem Blanco.
Bildnachweis: NOIRLab

Das Gesamtergebnis all dieser Bemühungen ist eine weitere Feder in der Kappe des aktuellen Modells der Entwicklung des Universums . Die Umfrageergebnisse des DES stimmen gut mit dem prognostizierten Modell überein, das zur Kartierung verwendet wird das Universum von Anbeginn der Zeit. Tatsächlich widerspricht es früheren Behauptungen, dass es einen Unterschied von wenigen Prozent zwischen dem beobachteten Universum und dem vorhergesagten gab.

Aber die Bemühungen des Teams sind noch nicht getan. Sie haben immer noch nur die Hälfte der Daten analysiert, daher wird erwartet, dass die andere Hälfte das Bild der dunklen Energie und der dunklen Materie noch detaillierter macht. Darüber hinaus sind neue Vermessungen mit neuen Instrumenten, wie dem Vera Rubin Observatorium, schon geplant . Es müssen immer mehr kosmologische Daten gesammelt werden.

Webinar zur Diskussion der DES Year 3-Umfrage.
Bildnachweis: DES YouTube-Kanal

Erfahren Sie mehr:
NOIRLab – Dark Energy Survey veröffentlicht genauesten Einblick in die Entwicklung des Universums
VON - DES Jahr 3 Kosmologie-Ergebnisse: Papiere
arXiv - Ergebnisse der Dark Energy Survey Jahr 3: Rotverschiebungs-Kalibrierung der Schwachlinsen-Quellengalaxien
UC - Dark Energy Survey veröffentlicht den bisher genauesten Blick auf die Entwicklung des Universums

Leitbild:
Deep-Field-Aufnahme einiger der 226 Millionen Galaxien, die der DES vermessen hat.
Quelle: Dark Energy Survey / DOE / FNAL / DECam / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA
Danksagung: T.A. Rektor (University of Alaska Anchorage/NOIRLab der NSF), M. Zamani (NOIRLab der NSF) & D. de Martin (NOIRLab der NSF)