Dark Energy Survey-fysikere åbner nyt vindue til mørk energi

Universet udvider sig med en stadigt stigende hastighed, og selvom ingen er sikker på hvorfor, forskere med Dark Energy Survey (DES) havde i det mindste en strategi til at finde ud af det:De ville kombinere målinger af stoffets fordeling, galakser og galaksehobe for bedre at forstå, hvad der foregår.

At nå det mål viste sig at være ret vanskeligt, men nu er et hold ledet af forskere ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University og University of Arizona har fundet en løsning. Deres analyse, udgivet 6. april i Fysiske anmeldelsesbreve , giver mere præcise estimater af stofs gennemsnitlige tæthed såvel som dets tilbøjelighed til at klumpe sig sammen - to nøgleparametre, der hjælper fysikere med at undersøge naturen af ​​mørkt stof og mørk energi, de mystiske stoffer, der udgør langt størstedelen af ​​universet.

"Det er en af ​​de bedste begrænsninger fra et af de bedste datasæt til dato, " siger Chun-Hao To, en hovedforfatter på det nye papir og en kandidatstuderende ved SLAC og Stanford, der arbejder med Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology Director Risa Wechsler.

Et tidligt mål

Da DES i 2013 satte sig for at kortlægge en ottendedel af himlen, Målet var at indsamle fire slags data:afstandene til visse typer supernovaer, eller eksploderende stjerner; fordelingen af ​​stof i universet; fordelingen af ​​galakser; og fordelingen af ​​galaksehobe. Hver fortæller forskerne noget om, hvordan universet har udviklet sig over tid.

Ideelt set videnskabsmænd ville sætte alle fire datakilder sammen for at forbedre deres estimater, men der er en hage:fordelingen af ​​stof, galakser, og galaksehobe er alle nært beslægtede. Hvis forskerne ikke tager disse forhold i betragtning, de vil ende med at "tælle dobbelt, "lægger for meget vægt på nogle data og ikke nok på andre, til siger.

For at undgå forkert behandling af alle disse oplysninger, Astrofysiker Elisabeth Krause fra University of Arizona og kolleger har udviklet en ny model, der korrekt kunne redegøre for forbindelserne i fordelingen af ​​alle tre størrelser:stof, galakser, og galaksehobe. Derved, de var i stand til at producere den første analyse nogensinde til korrekt at kombinere alle disse forskellige datasæt for at lære om mørkt stof og mørk energi.

Forbedring af estimater

Tilføjelse af denne model i DES-analysen har to effekter, til siger. Først, målinger af stoffordelinger, galakser og galaksehobe har en tendens til at introducere forskellige slags fejl. Kombinationen af ​​alle tre målinger gør det lettere at identificere sådanne fejl, gør analysen mere robust. Sekund, de tre målinger adskiller sig i, hvor følsomme de er over for den gennemsnitlige tæthed af stoffet og dets klumphed. Som resultat, at kombinere alle tre kan forbedre præcisionen, hvormed DES kan måle mørkt stof og mørk energi.

I det nye blad, Til, Krause og kolleger anvendte deres nye metoder til det første år med DES-data og skærpede præcisionen af ​​tidligere estimater for stoffets tæthed og klumpethed.

Nu hvor holdet kan inkorporere stof, galakser og galaksehobe samtidigt i deres analyse, tilføjelse af supernovadata vil være relativt ligetil, da den slags data ikke er så tæt forbundet med de tre andre, til siger.

"Det umiddelbare næste skridt, " han siger, "er at anvende maskineriet på DES år 3 data, som har tre gange større dækning af himlen." Dette er ikke så simpelt, som det lyder:Selvom den grundlæggende idé er den samme, de nye data vil kræve yderligere indsats for at forbedre modellen for at holde trit med den højere kvalitet af de nyere data, til siger.

"Denne analyse er virkelig spændende, " sagde Wechsler. "Jeg forventer, at det vil sætte en ny standard i den måde, vi er i stand til at analysere data og lære om mørk energi fra store undersøgelser, ikke kun for DES, men vi ser også frem til de utrolige data, som vi vil få fra Vera Rubin Observatory's Legacy Survey of Space and Time om et par år."