Ett team av brittiska och australiensiska astronomer meddelade idag att de har hittat den saknade länken som direkt relaterar moderna galaxer som vår egen mjölkväg till Big Bang som skapade vårt universum för 14 tusen miljoner år sedan. Resultaten är resultatet av ett 10-årigt försök att kartlägga fördelningen i rymden på 220 000 galaxer med 2dFGRS (2-graders Field Galaxy Redshift Survey), ett konsortium av astronomer, med hjälp av 3,8 m Anglo-Australian Telescope (AAT) . Denna saknade länk avslöjades i förekomsten av subtila funktioner i galaxfördelningen i undersökningen. Analys av dessa funktioner har också gjort det möjligt för teamet att väga universumet med en aldrig tidigare skådad noggrannhet.
2dFGRS har mätt i detalj detaljfördelningen av galaxer, kallad universums storskaliga struktur. Dessa mönster varierar i storlek från 100 miljoner till 1 miljard ljusår. Egenskaperna för den storskaliga strukturen fastställs av fysiska processer som verkade när universum verkligen var mycket ungt.
Dr Shaun Cole från University of Durham, som ledde forskningen, förklarar: "Vid födelsestillfället innehöll universum små oegentligheter, som tros ha kommit från" kvant "eller subatomära processer. Dessa oregelbundenheter har förstärkts av allvar sedan dess och gav slutligen upphov till de galaxer vi ser idag. ”
Teoretiker på 1960-talet föreslog att de ursprungliga fröna av galaxer skulle ses som krusningar i den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen (CMB) -strålning som släpptes ut i värmen kvar från Big Bang, när universum var bara 350 000 år gammal. Krusningar sågs senare 1992 av NASAs COBE-satellit, men fram till nu kunde ingen fast anslutning demonstreras med galaxbildning. 2dFGRS har funnit att ett mönster som ses i dessa krusningar har förökats till det moderna universum och kan upptäckas i galaxer idag.
Mönstren i CMB innehåller framträdande fläckar ungefär en grad över, producerade av ljudvågor som sprider sig i den otänkbara heta plasman från Big Bang. Dessa funktioner är kända som "akustiska toppar" eller "baryon wiggles". Teoretiker hade spekulerat i att ljudvågorna kanske också har lämnat ett avtryck i den dominerande delen av universum - den exotiska "mörka materien", som själv driver bildandet av galaxer. Fysiker och astronomer började försöka identifiera detta avtryck i kartor över vår egen galaktiska stadsdel.
Efter åratal med noggrant arbete med mätningar av galaxer vid det Anglo-australiska teleskopet och modellering av deras egenskaper med sofistikerade matematiska och beräkningstekniker, har 2dFGRS-teamet identifierat avtrycket av ljudvågor i Big Bang. Det verkar som känsliga drag i ”maktspektrumet”, den statistik som används av astronomer för att kvantifiera mönstren som ses på kartor över galaxfördelningen. Dessa funktioner överensstämmer med dem som ses i mikrovågsbakgrunden - vilket betyder att vi förstår livshistoriken för gasen från vilken galax bildades.
Baryonfunktionerna innehåller information om universums innehåll, särskilt om mängden vanligt ämne (känd som baryoner), vilken typ av saker som har kondenserat till stjärnor och planeter och som vi själva är gjorda av.
Professor Carlos Frenk, chef för Institute for Computational Cosmology vid University of Durham sa: ”Dessa baryonfunktioner är det genetiska fingeravtrycket i vårt universum. De skapar en direkt evolutionär länk till Big Bang. Att hitta dem är en milstolpe i vår förståelse av hur kosmos bildades. ”
Professor John Peacock från Edinburgh University, Storbritanniens teamledare för 2dFGRS-samarbete sa: ”Jag tror inte att någon skulle ha förväntat sig att enkla kosmologiska teorier skulle fungera så bra. Vi har mycket tur att vara med och se den här bilden av universumet. "
2dFGRS har visat att baryoner är en liten komponent i vårt universum, och utgör endast 18% av den totala massan, med de resterande 82% framträdande som mörk materia. För första gången har 2dFGRS-teamet brutit 10-procentigt noggrannhetsbarriär vid mätning av universumets totala massa.
Som om denna bild inte var tillräckligt konstig visade 2dFGRS också att all massan i universum (både lysande och mörk) uppvägs 4: 1 av en ännu mer exotisk komponent som kallas "vakuumenergi" eller "mörk energi". Detta har antigravitetsegenskaper, vilket gör att expansionen av universum påskyndas. Denna slutsats uppkommer när man kombinerar 2dFGRS-resultat med data om mikrovågsbakgrundsstrålningen, som finns kvar från tiden då baryonfunktionerna skapades. Ursprunget och identiteten för den mörka energin är fortfarande ett av de djupaste mysterierna i modern vetenskap.
Vår kunskap om mikrovågsbakgrunden förbättrades enormt 2003 med data från NASAs WMAP-satellit. WMAP-teamet kombinerade sin information med en tidigare analys av en del av 2dFGRS för att dra slutsatsen att vi verkligen lever i ett mörkt energidominerat universum. Detta kallades ”årets genombrott” 2003 av tidningen Science. Nu upptäcker upptäckten av den kosmiska saknade länken av 2dFGRS-teamet, nästan exakt ett år senare, resultatet av ett decennium av omsorgsfullt arbete.
I en intressant twist kan ledtrådar till identiteten på den mörka energin hämtas genom att hitta baryonfunktioner i den växande galaxfördelningen halvvägs mellan nu och Big Bang. Storbritanniens astronomer och deras samarbetspartners över hela världen planerar nu stora galaxundersökningar av mycket avlägsna galaxer med detta mål i åtanke.
Oberoende bekräftelse av förekomsten av baryonfunktioner i den storskaliga strukturen kommer från den USA-ledda Sloan Digital Sky Survey. De använder en kompletterande metod som inte involverar kraftspektrumet och studerar en sällsynt undergrupp av galaxer över en större volym än 2dFGRS. Men slutsatserna är konsekventa, vilket är mycket tillfredsställande.
Professor Michael Strauss från Princeton University, talesman för SDSS-samarbetet, sa: ”Detta är underbar vetenskap. De två grupperna har nu oberoende sett direkta bevis för tillväxten av struktur genom gravitationsinstabilitet från de initiala fluktuationerna i den kosmiska mikrovågsbakgrunden. ”
Originalkälla: PPARC-nyhetsmeddelande
