Hyper Suprime-Cam-undersøgelse kortlægger mørkt stof i universet

I dag, en international gruppe af forskere, inklusive Carnegie Mellon Universitys Rachel Mandelbaum, udgav det dybeste brede feltkort over den tredimensionelle fordeling af stof i universet, der nogensinde er lavet, og øgede præcisionen af ​​begrænsninger for mørk energi med Hyper Suprime-Cam-undersøgelsen (HSC).

Nutidens univers er et ret klumpet sted. Da universet har udvidet sig i løbet af de sidste 14 milliarder år eller deromkring, galakser og mørkt stof er i stigende grad blevet trukket sammen af ​​tyngdekraften, skabe et klumpet landskab med store aggregater af stof adskilt af hulrum, hvor der er lidt eller intet stof.

Tyngdekraften, der trækker stof sammen, påvirker også, hvordan vi observerer astronomiske objekter. Når lys bevæger sig fra fjerne galakser mod Jorden, tyngdekraften af ​​det andet stof på dens vej, inklusive mørkt stof, bøjer lyset. Som resultat, billederne af galakser, som teleskoper ser, er lidt forvrænget, et fænomen kaldet svag gravitationslinser. Inden for disse forvrængninger er der en stor mængde information, som forskere kan udvinde for bedre at forstå fordelingen af ​​stof i universet, og det giver ledetråde til den mørke energis natur.

HSC-kortet, skabt ud fra data indsamlet af Japans Subaru-teleskop placeret på Hawaii, gjorde det muligt for forskere at måle gravitationsforvrængning i billeder af omkring 10 millioner galakser.

Subaru-teleskopet gjorde det muligt for dem at se galakserne længere tilbage i tiden end i andre lignende undersøgelser. For eksempel, Dark Energy Survey analyserer et meget større område af himlen med samme præcisionsniveau som HSC, men undersøger kun det nærliggende univers. HSC tager en smallere, men dybere blik, som gjorde det muligt for forskere at se svagere galakser og lave et skarpere kort over mørkt stofs fordeling.

Forskerholdet sammenlignede deres kort med de udsving, der blev forudsagt af den europæiske rumorganisation Planck-satellittens observationer af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling – stråling fra universets tidligste dage. HSC-målingerne var lidt lavere end men stadig statistisk i overensstemmelse med Plancks. Det faktum, at HSC og andre undersøgelser med svag linse alle finder lidt lavere resultater end Planck rejser det fristende spørgsmål om, hvorvidt mørk energi virkelig opfører sig som Einsteins kosmologiske konstant.

"Vores kort giver os et bedre billede af, hvor meget mørk energi der er, og fortæller os lidt mere om dens egenskaber, og hvordan det får universets udvidelse til at accelerere, " sagde Mandelbaum. "HSC er et godt supplement til andre undersøgelser. At kombinere data på tværs af projekter vil være et kraftfuldt værktøj, når vi forsøger at afdække mere og mere om naturen af ​​mørkt stof og mørk energi."

Det er ikke let at måle forvrængninger forårsaget af svag gravitationslinser. Effekten er ret lille, og forvrængninger i galakseformer kan også være forårsaget af atmosfæren, teleskopet og detektoren. For at være præcis, præcise resultater, forskere skal vide, at de kun måler effekter fra svag linse.

Mandelbaum, lektor i fysik og medlem af McWilliams Center for Kosmologi ved Carnegie Mellon, er ekspert i at kontrollere disse eksterne forvrængninger. Hun og hendes team lavede en detaljeret billedsimulering af HSC-undersøgelsesdata baseret på billeder fra Hubble-rumteleskopet. Fra disse simuleringer, de var i stand til at anvende korrektioner på galakseformerne for at fjerne formforvrængningerne forårsaget af andre effekter end linse.

Disse resultater kommer fra HSC-undersøgelsens første års data. I alt, HSC-undersøgelsen vil indsamle fem års data, der vil give endnu mere information om mørk energis adfærd og arbejde hen imod andre mål, såsom at studere udviklingen af ​​galakser og massive klynger af galakser på tværs af kosmisk tid, måling af tidsvarierende objekter som supernovaer, og endda studere vores egen Mælkevejsgalakse.

Forskningen vil blive uploadet til preprint-serveren arxiv.org og vil blive indsendt til publikationen af ​​Astronomical Society of Japan.