Det finns tomrum i universum, och vi kan inte se dem ordentligt. Och det är bra.
Dessa tomrum - jätte, oregelbundna luckor i rymden som är tomma för galaxer - är över hela kosmos. Men eftersom de är tomma, kan astronomer inte direkt observera dem. Istället upptäcker de dem genom att kartlägga galaxer över rymden och sedan markera områdena mellan dessa områden. Men ur vårt perspektiv på jorden ser alla dessa tomrum förvrängda ut.
Dessa områden verkar utsträckta på vissa platser och klättra på andra. Det är en följd av "rödförskjutning" av galaxer vid deras gränser, en visuell snedvridning orsakad av rörelsen hos dessa system: När de rör sig bort från betraktaren (Earthlings, i detta fall), verkar galaxernas våglängder sträcka och blir mer röd ; de som rör sig mot oss skulle se mer blå ut när deras våglängder blir kortare. Mörk energi är namnet astronomer har gett en osynlig kraft som sträcker vårt universum och får galaxer att röra sig från varandra.
Den snedvridningen visar sig vara bra, enligt en artikel som publicerades 9 juli i tidskriften Physical Review D. Hittills har forskare förlitat sig på exakta mätningar av de röda förskjutningarna i enskilda galaxer för att ta reda på hur snabbt universum expanderar, och i sin tur hur mycket mörk energi som finns för att driva den expansionen. Men att mäta distorsionerna av tomrum visar sig vara en mycket mer exakt teknik, vilket gör det möjligt för forskarna att begränsa denna expansion ytterligare.
"Det vi faktiskt mäter är snedvridningen i galaxernas positioner kring ogiltiga områden," sade Seshadri Nadathur, forskare vid University of Portsmouth i Storbritannien och huvudförfattare till tidningen. "Det coola med hålrum är att de är områden i rymden som vi mycket exakt kan modellera galaxrörelser."
Det beror på att matten som behövs för att exakt bestämma galaxernas rörelser blir mycket enklare i dessa tomrum, berättade Nadathur till Live Science. (I detta fall studerade forskargruppen tomrum cirka 5,5 miljarder ljusår från jorden.)
"Galaxer rör sig på grund av tyngdkraften som drar dem mot områden med överflödigt ämne, och problemet är i allmänhet att vår teori om tyngdkraft - Einsteins allmänna relativitet - är mycket komplicerad, och ekvationerna är svåra att lösa exakt," sade han. "Så för det mesta i kosmologin använder vi approximationer - känd som 'perturbationsteori' - för att hjälpa till att göra problemet rörligt. Den här perturbationsteorin fungerar mycket bättre i ogiltiga regioner än i regioner där det finns massor av materia, så vår förutsägelser är enklare att göra och mycket mer exakta i tomrum. "
Resultatet av den ökade noggrannheten är att forskare kan använda mycket av den teknik som pionjärs i detta papper kan göra mycket mer exakta uppskattningar av universums expansionshastighet och bättre bekräfta att observerade expansionshastigheter stämmer överens med astronomernas föredragna teorier för varför expansionen händer . Det nya resultatet begränsar också omfattningen av vissa alternativa teorier som flyter runt där ute. De tidigare bästa mätningarna av galaktisk rörelse gjorde allt detta också, men cirka fyra gånger mindre bra, enligt Nadathur.
De tidigare bästa mätningarna av de röda förskjutningarna av galaktiska tomrum kom från en studie av himlen som kallas Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Denna tomt-distorsionsmätning förlitade sig också på BOSS-data, men förbättrades väsentligt på sina slutsatser om att använda denna nya analysteknik på data från BOSS.
Den förbättrade mätningen av universumets expansion överensstämde med befintliga teorier om hur mörk energi fungerar i universum, skrev forskarna i tidningen: att vi lever i ett "platt" universum med konstant mörk energi som driver dess expansion. "Genom att sammanföra våra resultat med de från BAO-tekniken kan vi få en mycket bättre mätning av den kosmiska expansionshastigheten för 5,5 miljarder år eller så sedan," sade Nadathur. "Och detta i sin tur är mycket viktigt eftersom det berättar vad mörk energi har gjort under den tiden, liksom andra saker som rymdens krökning - vilket är vad som får oss kosmologer att bli upphetsade."
Forskarna påpekade också i tidningen att det finns flera kommande ansträngningar att skanna himlen mer exakt än BOSS, för att förstå mörk energi ännu bättre. Samma teknik, skrev forskarna, borde väsentligt förbättra precisionen i dessa undersökningar också.
