En schematisk vy av den nya SDSS tredimensionella kartan. Klicka för att förstora
Astronomer från UC Berkeley har skapat den mest omfattande tredimensionella kartan över universum som någonsin publicerats. Den innehåller 600 000 galaxer och sträcker sig 5,6 miljarder ljusår ut i rymden. Denna karta gör det möjligt för astronomer att studera bevis för mörk energi - den mystiska kraften som påskyndar universums expansion.
Ett team av astronomer under ledning av Nikhil Padmanabhan och David Schlegel har publicerat den största tredimensionella kartan över universum som någonsin har konstruerats, en kilformad skiva av kosmos som sträcker sig över en tiondel av den norra himlen, som omfattar 600 000 unikt lysande röda galaxer och sträcker sig 5,6 miljarder ljusår djupt ut i rymden, vilket motsvarar 40 procent av vägen tillbaka i tiden till Big Bang.
Schlegel är en Divisional Fellow i Physics Division of Lawrence Berkeley National Laboratory, och Padmanabhan kommer att gå med i Labs Physics Division som en Chamberlain Fellow och Hubble Fellow i september; för närvarande är han vid Princeton University. De och deras coauthors är medlemmar i Sloan Digital Sky Survey (SDSS), och har tidigare producerat mindre 3D-kartor genom att använda SDSS-teleskopet i New Mexico för att noggrant samla spektra för enskilda galaxer och beräkna deras avstånd genom att mäta deras rödförskjutningar.
"Det nya med den här kartan är att den är den största någonsin," säger Padmanabhan, "och det beror inte på enskilda spektra."
Det huvudsakliga motivet för att skapa storskaliga 3D-kartor är att förstå hur materien distribueras i universum, säger Padmanabhan. "De ljusaste galaxerna är som fyrar - där ljuset är, är där saken är."
Schlegel säger att "eftersom den här kartan täcker mycket större avstånd än tidigare kartor tillåter den oss att mäta strukturer så stora som en miljard ljusår över."
Variationerna i galaktisk fördelning som utgör synliga storskaliga strukturer härstammar direkt från variationer i temperaturen på den kosmiska mikrovågsbakgrunden, vilket återspeglar svängningar i det täta tidiga universum som har mätts till stor noggrannhet genom ballongburna experiment och WMAP-satelliten.
Resultatet är en naturlig "linjal" som bildas av de regelbundna variationerna (ibland kallade "baryonsvingningar", med baryoner som korthet för vanligt ämne), som upprepas med intervaller på cirka 450 miljoner ljusår.
"Tyvärr är det en obekvämt stor linjal," säger Schlegel. "Vi var tvungna att ta prov på en enorm volym av universum bara för att passa linjalen inuti."
Säger Padmanabhan, "Även om universum är 13,7 miljarder år gammalt, är det verkligen inte en hel del tid när du mäter med en linjal som markeras bara var 450 miljoner ljusår."
Fördelningen av galaxer avslöjar många saker, men en av de viktigaste är ett mått på den mystiska mörka energin som står för cirka tre fjärdedelar av universumets täthet. (Mörkmaterial står för ungefär ytterligare 20 procent, medan mindre än 5 procent är vanlig materia av den typ som gör synliga galaxer.)
"Mörk energi är bara det begrepp som vi använder för vår observation att universumets expansion expanderar," påpekar Padmanabhan. "Genom att titta på var densitetsvariationer var vid tidpunkten för den kosmiska mikrovågsbakgrunden" - bara cirka 300 000 år efter Big Bang - "och se hur de utvecklas till en karta som täcker de senaste 5,6 miljarder åren, kan vi se om våra uppskattningar av mörk energi är korrekta. ”
Den nya kartan visar att de storskaliga strukturerna verkligen är fördelade på det sätt som nuvarande idéer om universums snabbare expansion skulle antyda. Kartans antagna fördelning av mörk materia, som även om osynlig påverkas av tyngdekraften precis som vanlig materia, överensstämmer också med nuvarande förståelse.
Det som gjorde den stora nya 3D-kartan möjlig var Sloan Digital Sky Survey: s bredfältsteleskop, som täcker ett tregraders synfält (fullmånen är ungefär en halv grad), plus valet av en viss typ av galaktik "Fyr" eller distansmarkör: lysande röda galaxer.
"Det här är döda, röda galaxer, några av de äldsta i universumet - där alla snabbt brinnande stjärnor för länge sedan har bränt ut och bara gamla röda stjärnor är kvar," säger Schlegel. "Inte bara är dessa de rödaste galaxerna, de är också de ljusaste, synliga på stora avstånd."
Sloan Digital Sky Survey-astronomer arbetade tillsammans med kollegor i det australiska teamet för två grader för att genomsnitta färgen och rödskiftet på ett prov på 10 000 röda lysande galaxer, relaterade galaxfärg till avstånd. De applicerade sedan dessa mätningar på 600 000 sådana galaxer för att plotta sin karta.
Padmanabhan medger att ”det finns statistisk osäkerhet när det gäller att tillämpa en ljusstyrka-avståndsförhållande härrörande från 10 000 röda lysande galaxer till alla 600 000 utan att mäta dem individuellt. Spelet vi spelar är att vi har så många att genomsnittet fortfarande ger oss mycket användbar information om deras distribution. Och utan att behöva mäta deras spektra kan vi se mycket djupare in i rymden. ”
Schlegel håller med om att forskarna långt ifrån uppnår den precision de vill ha. "Men vi har visat att sådana mätningar är möjliga, och vi har etablerat utgångspunkten för en standard härskare av det utvecklande universum."
Han säger att ”nästa steg är att designa ett precisionsexperiment, kanske baserat på modifieringar av SDSS-teleskopet. Vi arbetar med ingenjörer här på Berkeley Lab för att göra om teleskopet för att göra vad vi vill göra. ”
”Clustering of Luminous Red Galaxies in the Sloan Digital Sky Survey Imaging Data,” av Nikhil Padmanabhan, David J. Schlegel, Uros Seljak, Alexey Makarov, Neta A. Bahcall, Michael R. Blanton, Jonathan Brinkmann, Daniel J. Eisenstein, Douglas P. Finkbeiner, James E. Gunn, David W. Hogg, ?? bf? Eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert H. Lupton, Robert C. Nichol, Donald P. Schneider, Michael A. Strauss, Max Tegmark och Donald G. York kommer att dyka upp i de månatliga meddelandena från Royal Astronomical Society och är nu tillgängliga online på http://arxiv.org/archive/astro-ph.
SDSS förvaltas av Astrophysical Research Consortium för de deltagande institutionerna, som är American Museum of Natural History, Astrophysical Institute Potsdam, University of Basel, Cambridge University, Case Western Reserve University, University of Chicago, Drexel University, Fermilab, Institute for Advanced Study, Japan Participation Group, Johns Hopkins University, Joint Institute for Nuclear Astrophysics, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, den koreanska forskargruppen, den kinesiska vetenskapsakademin (LAMOST), Los Alamos National Laboratory, Max- Planck-Institute for Astronomy (MPIA), Max-Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, Ohio State University, University of Pittsburgh, University of Portsmouth, Princeton University, United States Naval Observatory och University från Washington.
SDSS-finansiering tillhandahålls av Alfred P. Sloan Foundation, de deltagande institutionerna, National Science Foundation, US Department of Energy, National Aeronautics and Space Administration, Japanese Japanese Monbukagakusho, Max Planck Society, and the Higher Education Funding Council for England. Besök SDSS-webbplatsen på http://www.sdss.org/.
Berkeley Lab är ett U.S. Department of Energy nationellt laboratorium beläget i Berkeley, Kalifornien. Det bedriver oklassificerad vetenskaplig forskning och förvaltas av University of California. Besök vår webbplats på http://www.lbl.gov.
Originalkälla: Berkeley Lab
