Dark Energy Survey afslører den mest nøjagtige måling af mørkt stofs struktur i universet

Forestil dig at plante et enkelt frø og, med stor præcision, at kunne forudsige den nøjagtige højde på træet, der vokser fra det. Forestil dig nu at rejse til fremtiden og tage et fotografisk bevis på, at du havde ret.

Hvis du tænker på frøet som det tidlige univers, og træet som universet, som det ser ud nu, du har en idé om, hvad Dark Energy Survey (DES)-samarbejdet lige har gjort. I en præsentation i dag ved American Physical Society Division of Particles and Fields møde i det amerikanske energiministeriums (DOE) Fermi National Accelerator Laboratory, DES-forskere vil afsløre den mest nøjagtige måling, der nogensinde er foretaget af den nuværende storskala-struktur af universet.

Disse målinger af mængden og "klumpheden" (eller fordelingen) af mørkt stof i det nuværende kosmos blev foretaget med en præcision, der, for første gang, konkurrerer med slutninger fra det tidlige univers fra Den Europæiske Rumorganisations kredsende Planck-observatorium. Det nye DES-resultat (træet, i ovenstående metafor) er tæt på "prognoser" lavet ud fra Planck-målingerne fra den fjerne fortid (frøet), giver videnskabsfolk mulighed for at forstå mere om, hvordan universet har udviklet sig over 14 milliarder år.

"Dette resultat er mere end spændende, " sagde Scott Dodelson fra Fermilab, en af ​​de ledende forskere om dette resultat. "For første gang, vi er i stand til at se universets nuværende struktur med samme klarhed, som vi kan se dets spæde begyndelse, og vi kan følge trådene fra den ene til den anden, bekræfter mange forudsigelser undervejs."

Især, dette resultat understøtter teorien om, at 26 procent af universet er i form af mystisk mørkt stof, og at rummet er fyldt med en også uset mørk energi, som forårsager den accelererende udvidelse af universet og udgør 70 pct.

Paradoksalt nok, det er lettere at måle universets klumphed i en fjern fortid, end det er at måle det i dag. I de første 400, 000 år efter Big Bang, universet var fyldt med en glødende gas, lyset, som overlever den dag i dag. Plancks kort over denne kosmiske mikrobølge baggrundsstråling giver os et øjebliksbillede af universet på det meget tidlige tidspunkt. Siden da, tyngdekraften af ​​mørkt stof har trukket masse sammen og gjort universet mere klumpet over tid. Men mørk energi har kæmpet tilbage, skubber sagen fra hinanden. Ved at bruge Planck -kortet som en start, kosmologer kan beregne præcist, hvordan denne kamp udspiller sig over 14 milliarder år.

"DES-målingerne, sammenlignet med Planck-kortet, Støt den enkleste version af teorien om mørkt stof/mørk energi, " sagde Joe Zuntz, fra University of Edinburgh, der arbejdede på analysen. "Det øjeblik, vi indså, at vores måling matchede Planck-resultatet inden for 7 procent, var spændende for hele samarbejdet."

Det primære instrument til DES er det 570-megapixel Dark Energy Camera, en af ​​de mest magtfulde der findes, i stand til at fange digitale billeder af lys fra galakser otte milliarder lysår fra Jorden. Kameraet er bygget og testet hos Fermilab, det ledende laboratorium for Dark Energy Survey, og er monteret på National Science Foundations 4 meter Blanco-teleskop, en del af Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile, en afdeling af National Optical Astronomy Observatory. DES-dataene behandles på National Center for Supercomputing Applications ved University of Illinois i Urbana-Champaign.

Forskere på DES bruger kameraet til at kortlægge en ottendedel af himlen i hidtil uset detalje over fem år. Det femte år med observation begynder i august. De nye resultater, der blev offentliggjort i dag, stammer fra data, der kun blev indsamlet i undersøgelsens første år, som dækker 1/30 af himlen.

"Det er utroligt, at holdet har formået at opnå en sådan præcision fra kun det første år af deres undersøgelse, " sagde National Science Foundation Program Director Nigel Sharp. "Nu hvor deres analyseteknikker er udviklet og testet, Vi ser med spænding frem til banebrydende resultater, mens undersøgelsen fortsætter. "

DES-forskere brugte to metoder til at måle mørkt stof. Først, de lavede kort over galaksepositioner som sporstoffer, og for det andet, de målte præcist formerne på 26 millioner galakser for direkte at kortlægge mønstrene af mørkt stof over milliarder af lysår, ved hjælp af en teknik kaldet gravitationslinser.

For at foretage disse ultrapræcise målinger, DES-teamet udviklede nye måder at opdage de små linseforvrængninger af galaksebilleder, en effekt, der ikke engang er synlig for øjet, muliggør revolutionære fremskridt i forståelsen af ​​disse kosmiske signaler. I processen, de skabte den største guide til at få øje på mørkt stof i kosmos, der nogensinde er tegnet (se billede). Det nye kort over mørkt stof er 10 gange så stort som det DES, der blev udgivet i 2015 og vil i sidste ende være tre gange større, end det er nu.

"Det er en enorm teamindsats og kulminationen på mange års fokuseret arbejde, " sagde Erin Sheldon, en fysiker ved DOE's Brookhaven National Laboratory, som var med til at udvikle den nye metode til at detektere linseforvrængninger.

Disse resultater og andre fra det første år af Dark Energy Survey vil blive frigivet online i dag og annonceret under en tale af Daniel Gruen, NASA Einstein-stipendiat ved Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology ved DOE's SLAC National Accelerator Laboratory, klokken 17.00. Central tid. Foredraget er en del af APS Division of Particles and Fields møde på Fermilab og vil blive streamet live.

Resultaterne vil også blive præsenteret af Kavli-stipendiat Elisabeth Krause fra Kavli Instituttet for Partikelastrofysik og Kosmologi ved SLAC på TeV Particle Astrophysics Conference i Columbus, Ohio, den 9. Aug. og af Michael Troxel, postdoc ved Center for Cosmology and AstroParticle Physics ved Ohio State University, ved det internationale symposium om Lepton-fotoninteraktioner ved High Energies i Guanzhou, Kina, 10. august. Alle tre af disse talere er koordinatorer for arbejdsgrupper i DES -videnskab og har givet vigtige bidrag til analysen.

"The Dark Energy Survey har allerede leveret nogle bemærkelsesværdige opdagelser og målinger, og de har knap nok ridset overfladen af ​​deres data, " sagde Fermilab-direktør Nigel Lockyer. "Dagens verdensførende resultater peger fremad mod de store fremskridt, DES vil gøre i retning af at forstå mørk energi i de kommende år."