Att förstå något vi inte kan se har varit ett problem som astronomer har övervunnit tidigare. Med hjälp av den starka gravitationslinsningsmetoden - där ett massivt galaxkluster fungerar som en kosmisk förstoringslins - har ett internationellt team av astronomer kunnat studera svårfångad mörk energi för första gången. Teamet rapporterar att i kombination med befintlig teknik förbättrar deras resultat avsevärt de aktuella mätningarna av universums massa och energiinnehåll.
Med hjälp av data som tagits av Hubble Space Telescope såväl som markbaserade teleskop analyserade teamet bilder av 34 extremt avlägsna galaxer belägna bakom Abell 1689, en av de största och mest kända galaxkluster i universum.
Genom graviditetslinsen från Abell 1689 kunde astronomerna, under ledning av Eric Jullo från JPL och Priyamvada Natarajan från Yale University, upptäcka de svaga, avlägsna bakgrundsgalaxerna - vars ljus böjdes och projiceras av klusterets enorma gravitationskraft - i en på liknande sätt som linsen på en förstoringslins snedvrider ett objekts bild.
Med hjälp av denna metod kunde de minska det totala felet i dess ekvationsparameter med 30 procent, i kombination med andra metoder.
Det sätt på vilket bilderna förvrängdes gav astronomerna ledtrådar om geometri i utrymmet som ligger mellan jorden, klustret och de avlägsna galaxerna. "Universums innehåll, geometri och öde är kopplade, så om du kan begränsa två av dessa saker, lär du dig något om det tredje," sade Natarajan.
Teamet kunde begränsa intervallet av nuvarande uppskattningar om mörk energis effekt på universum, betecknat med värdet w, med 30 procent. Teamet kombinerade sin nya teknik med andra metoder, inklusive användning av supernovaer, röntgen galaxkluster och data från Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) rymdskepp, för att begränsa värdet för w.
"Mörk energi kännetecknas av förhållandet mellan dess tryck och densitet: det är känt som dess statliga ekvation," sade Jullo. ”Vårt mål var att försöka kvantifiera denna relation. Det lär oss om egenskaperna hos mörk energi och hur det har påverkat universums utveckling. ”
Mörk energi utgör cirka 72 procent av all massa och energi i universum och kommer i slutändan att bestämma dess öde. De nya resultaten bekräftar tidigare fynd att den mörka energiens natur sannolikt motsvarar ett platt universum. I detta scenario kommer universums expansion att fortsätta att accelerera och universum expanderar för alltid.
Astronomerna säger att den verkliga styrkan i detta nya resultat är att den tänker ett helt nytt sätt att utvinna information om den svårfångade mörka energin, och det erbjuder ett stort löfte för framtida tillämpningar.
Enligt forskarna krävde deras metod flera, noggranna steg för att utvecklas. De tillbringade flera år på att utveckla specialiserade matematiska modeller och exakta kartor över ämnet - både mörka och ”normala” - som tillsammans utgör Abell 1689-klustret.
Resultaten visas i 20 augusti-numret av tidskriften Science.
Källor: Yale University, Science Express. ESA Hubble.
