Bildkredit: Chandra
Mörk energi. Finns det, och vilka egenskaper har det? Med hjälp av galaxklusterbilder från NASAs Chandra röntgenobservatorium har astronomer använt en kraftfull, ny metod för att upptäcka och undersöka mörk energi. Resultaten erbjuder spännande ledtrådar om arten av mörk energi och universets öde. Marshall Center hanterar Chandra-programmet.
Foto: Sammansatt bild av galaxklyngen Abell 2029 (Optisk: NOAO / Kitt Peak / J.Uson, D.Dale; Röntgen: NASA / CXC / IoA / S.Allen et al.)
Astronomer har upptäckt och undersökt mörk energi genom att tillämpa en kraftfull, ny metod som använder bilder av galaxkluster gjorda av NASA: s Chandra röntgenobservatorium. Resultaten spårar övergången till universums expansion från en retardation till en accelererande fas för flera miljarder år sedan och ger spännande ledtrådar om den mörka energiens natur och universets öde.
"Mörk energi är kanske det största mysteriet inom fysik," sade Steve Allen från Institutet för astronomi (IoA) vid University of Cambridge i England och ledare för studien. "Som sådan är det oerhört viktigt att göra ett oberoende test av dess existens och egenskaper."
Allen och hans kollegor använde Chandra för att studera 26 kluster av galaxer på avstånd motsvarande ljusa resetider mellan en och åtta miljarder år. Dessa data spänner över tiden då universum avtog från sin ursprungliga expansion, innan de påskyndas igen på grund av den avvisande effekten av mörk energi.
"Vi ser direkt att utbyggnaden av universum påskyndas genom att mäta avståndet till dessa galaxkluster", sa Andy Fabian också från IoA, en medförfattare till studien. De nya Chandra-resultaten antyder att den mörka energitätheten inte förändras snabbt med tiden och kan till och med vara konstant, i överensstämmelse med det ”kosmologiska konstant” -konceptet som Albert Einstein först introducerade. I så fall förväntas universum fortsätta att expandera för alltid, så att i många miljarder år bara en liten bråkdel av de kända galaxerna kan observeras.
Om den mörka energitätheten är konstant, skulle mer dramatiska öden för universum undvikas. Dessa inkluderar "Big Rip", där mörk energi ökar tills galaxer, stjärnor, planeter och så småningom atomer så småningom rivs isär. "Big Crunch", där universum så småningom kollapsar på sig själv, skulle också uteslutas.
Chandras sond av mörk energi förlitar sig på röntgenobservationernas unika förmåga att upptäcka och studera den heta gasen i galaxkluster. Från dessa data kan förhållandet mellan massan hos den heta gasen och massan av mörkämnet i ett kluster bestämmas. De observerade värdena på gasfraktionen beror på det antagna avståndet till klustret, vilket i sin tur beror på rymdens krökning och mängden mörk energi i universum.
Eftersom galaxkluster är så stora, tros de representera ett rättvist urval av materieinnehållet i universum. I så fall bör relativa mängder varm gas och mörk materia vara desamma för varje kluster. Med hjälp av detta antagande justerade Allen och kollegor avståndsskalan för att avgöra vilken som passar uppgifterna bäst. Dessa avstånd visar att universumets expansion först minskade och sedan började accelerera för cirka sex miljarder år sedan.
Chandras observationer överensstämmer med supernovas resultat inklusive de från Hubble Space Telescope (HST), som först visade mörk energis effekt på universums acceleration. Chandras resultat är helt oberoende av supernovatekniken - både i våglängd och iakttagna föremål. En sådan oberoende verifiering är en hörnsten i vetenskapen. I detta fall hjälper det att skingra alla kvarvarande tvivel om att supernovatekniken är felaktig.
"Vår Chandra-metod har inget att göra med andra tekniker, så de jämför definitivt inte anteckningar, så att säga," sade Robert Schmidt vid University of Potsdam i Tyskland, en annan medförfattare till studien.
Bättre gränser för mängden mörk energi och hur den varierar med tiden erhålls genom att kombinera röntgenresultaten med data från NASA: s Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), som använde observationer av den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen för att upptäcka bevis för mörk energi i det mycket tidiga universum. Med hjälp av de kombinerade uppgifterna fann Allen och hans kollegor att mörk energi utgör ungefär 75% av universum, mörk materia cirka 21% och synlig materia cirka 4%.
Allen och hans kollegor betonar att osäkerheten i mätningarna är sådan att data överensstämmer med mörk energi med ett konstant värde. Föreliggande Chandra-data möjliggör emellertid möjligheten att den mörka energitätheten ökar med tiden. Mer detaljerade studier med Chandra, HST, WMAP och med det framtida uppdraget Constellation-X bör ge mycket mer exakta begränsningar för mörk energi.
”Tills vi bättre förstår kosmisk acceleration och den mörka energinens natur kan vi inte hoppas förstå universums öde,” sade den oberoende kommentatorn Michael Turner från University of Chicago.
I teamet som utförde forskningen ingick också Harald Ebeling från University of Hawaii och avdömda Leon van Speybroeck från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Dessa resultat kommer att visas i en kommande nummer av de månatliga meddelandena från Royal Astronomy Society.
NASA: s Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala, hanterar Chandra-programmet för NASA: s Office of Space Science, Washington. Northrop Grumman från Redondo Beach, Kalifornien, tidigare TRW, Inc., var den främsta utvecklingsentreprenören för observatoriet. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerar vetenskap och flygoperationer från Chandra X-ray Center i Cambridge, Mass.
Ytterligare information och bilder finns på:
http://chandra.harvard.edu/
och
http://chandra.nasa.gov/
Originalkälla: NASA News Release
