1929 förändrade Edwin Hubble för alltid vår förståelse av kosmos genom att visa att universum är i ett tillstånd av expansion. Vid 1990-talet bestämde astronomer att hastigheten med vilken den expanderar faktiskt påskyndas, vilket i sin tur ledde till teorin om "Dark Energy". Sedan den tiden har astronomer och fysiker försökt bestämma existensen av denna kraft genom att mäta påverkan den har på kosmos.
Det senaste i dessa ansträngningar kommer från Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), där ett internationellt team av forskare har meddelat att de är färdiga att skapa de mest exakta mätningarna av universum hittills. Känd som Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) och deras mätningar har lagt nya begränsningar för egenskaperna hos Dark Energy.
De nya mätningarna presenterades av Harvard University astronom Daniel Eisenstein vid ett möte i American Astronomical Society. Som chef för Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) har han och hans team tillbringat de senaste tio åren på att mäta kosmos och de periodiska fluktuationerna i tätheten av normal materia för att se hur galaxer är fördelade över hela universum.
Och efter ett decennium av forskning kunde BOSS-teamet producera en tredimensionell karta över kosmos som täcker mer än sex miljarder ljusår. Och medan andra nyligen genomförda undersökningar har sett längre bort - upp till avstånd på 9 och 13 miljarder ljusår - är BOSS-kartan unik genom att den har den högsta noggrannheten på alla kosmologiska kartor.
Faktum är att BOSS-teamet kunde mäta fördelningen av galaxer i kosmos, och på ett avstånd av 6 miljarder ljusår, till inom en aldrig tidigare skådad felmarginal på 1%. Att bestämma naturen hos kosmiska föremål på stora avstånd är ingen enkel sak på grund av effekterna av relativitet. Som Dr. Eisenstein berättade för Space Magazine via e-post:
”Avstånd är en långvarig utmaning inom astronomi. Medan människor ofta kan bedöma avstånd på grund av vår kikarsyn, är galaxer utanför Vintergatan mycket för långt borta för att använda det. Och eftersom galaxer finns i ett stort antal inre storlekar är det svårt att bedöma deras avstånd. Det är som att titta på ett långt borta berg; ens bedömning av dess avstånd är knuten till ens bedömning av dess höjd. "
Tidigare har astronomer gjort exakta mätningar av föremål i det lokala universum (dvs. planeter, angränsande stjärnor, stjärnkluster) genom att förlita sig på allt från radar till rödförskjutning - i vilken grad ljusets våglängd förskjuts mot den röda änden av spektrum. Men ju större avstånd ett objekt har, desto större osäkerhetsgrad.
Och fram till nu har bara föremål som är några tusen ljusår från jorden - dvs inom Vintergalaxen - fått sina avstånd uppmätta till inom en procents felmarginal. Som det största av de fyra projekten som utgör Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) är det som skiljer BOSS det faktum att det främst förlitar sig på mätningen av vad som kallas "baryon akustiska oscillationer" (BAO).
Dessa är väsentligen subtila periodiska krusningar i fördelningen av synlig baryonisk (dvs. normal) materia i kosmos. Daniel Eisenstein förklarade:
”BOSS mäter expansionen av universum på två huvudsakliga sätt. Den första är att använda akustiska baryonsvängningar (därav undersökningens namn). Ljudvågor som reser under de första 400 000 åren efter Big Bang skapar en föredragen skala för separationer av par av galaxer. Genom att mäta denna föredragna separering i ett prov av många galaxer kan vi dra slutsatsen till provet.
”Den andra metoden är att mäta hur kluster av galax skiljer sig mellan par orienterade längs siktlinjen jämfört med tvärgående mot siktlinjen. Universums expansion kan leda till att denna gruppering är asymmetrisk om man använder fel expansionshistorik när man konverterar rödskift till avstånd. ”
Med dessa nya, mycket exakta avståndsmätningar kommer BOSS-astronomer att kunna studera påverkan av Dark Matter med mycket större precision. "Olika mörka energimodeller varierar i hur accelerationen av universums expansion fortskrider över tiden," sade Eisenstein. ”BOSS mäter expansionshistoriken, vilket gör att vi kan dra slutsatsen om accelerationen. Vi hittar resultat som är mycket förenliga med förutsägelserna om den kosmologiska konstantmodellen, det vill säga modellen där mörk energi har en konstant täthet över tiden. ”
Förutom att mäta fördelningen av normal materia för att bestämma påverkan av Dark Energy, arbetar SDSS-III Collaboration för att kartlägga Vintergatan och söka efter extrasolära planeter. BOSS-mätningarna är detaljerade i en serie artiklar som överlämnades till tidskrifter av BOSS-samarbetet förra månaden, som alla nu är tillgängliga online.
Och BOSS är inte den enda ansträngningen att förstå vårt universums storskaliga struktur och hur alla dess mystiska krafter har format det. Precis förra månaden tillkännagav professor Stephen Hawking att COSMOS superdatorcenter vid Cambridge University skulle skapa den mest detaljerade 3D-kartan över universum hittills.
Genom att förlita sig på data som erhållits av CMB-uppgifter som erhållits av ESA: s Planck-satellit och information från Dark Energy Survey, hoppas de också kunna mäta det inflytande som Dark Energy har haft på distributionen av materien i vårt universum. Vem vet? Om några år kan vi mycket väl förstå hur alla grundläggande krafter som styr universum arbetar tillsammans.
