Der Dark Energy Survey zeigt die genaueste Messung der Dunklen Materie im Universum

Hubble - 15 years of discovery (Juni 2019).

Anonim

Stellen Sie sich vor, Sie pflanzen einen einzelnen Samen und können mit großer Präzision die genaue Höhe des Baumes vorhersagen, der daraus wächst. Stellen Sie sich vor, Sie reisen in die Zukunft und fotografieren, dass Sie Recht haben.

Wenn Sie sich den Samen als das frühe Universum vorstellen und den Baum als das Universum, wie er jetzt aussieht, haben Sie eine Vorstellung davon, was die Zusammenarbeit der Dark Energy Survey (DES) gerade getan hat. In einer Präsentation bei der American Physical Society Division von Particles and Fields, die am Fermi National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) stattfindet, werden DES-Wissenschaftler die bisher genaueste Messung der gegenwärtigen Großstruktur des Universums enthüllen.

Diese Messungen der Menge und "Klumpigkeit" (oder Verteilung) der Dunklen Materie im heutigen Kosmos wurden mit einer Genauigkeit durchgeführt, die zum ersten Mal mit derjenigen des Frühen Universums vergleichbar ist, die das Europäische Planobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in der Nähe ableitet. Das neue DES-Ergebnis (der Baum in der obigen Metapher) liegt nahe an den "Vorhersagen", die aus den Planck-Messungen der fernen Vergangenheit (des Samens) gewonnen wurden. Dadurch können Wissenschaftler mehr über die Entwicklung des Universums in 14 Milliarden Jahren erfahren.

"Dieses Ergebnis ist mehr als aufregend", sagte Scott Dodelson von Fermilab, einer der führenden Wissenschaftler zu diesem Ergebnis. "Zum ersten Mal sind wir in der Lage, die gegenwärtige Struktur des Universums mit der gleichen Klarheit zu sehen, wie wir sie in den Kinderschuhen sehen können, und wir können den Fäden von einem zum anderen folgen und viele Vorhersagen auf dem Weg bestätigen."

Vor allem unterstützt dieses Ergebnis die Theorie, dass 26 Prozent des Universums in Form von mysteriöser dunkler Materie vorliegen und dieser Raum mit einer ebenfalls unsichtbaren dunklen Energie gefüllt ist, die die beschleunigte Expansion des Universums verursacht und 70 Prozent ausmacht.

Paradoxerweise ist es einfacher, die Großklumpigkeit des Universums in der fernen Vergangenheit zu messen, als es heute zu messen. In den ersten 400.000 Jahren nach dem Urknall war das Universum mit einem glühenden Gas gefüllt, dessen Licht bis heute überlebt. Plancks Karte dieser kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung gibt uns eine Momentaufnahme des Universums in dieser sehr frühen Zeit. Seitdem hat die Schwerkraft der dunklen Materie die Masse zusammengezogen und das Universum im Laufe der Zeit klumpiger gemacht. Aber die dunkle Energie hat zurückgeschlagen und die Materie auseinander gerissen. Mit Hilfe der Planck-Karte können Kosmologen genau berechnen, wie diese Schlacht über 14 Milliarden Jahre dauert.

"Die DES-Messungen stützen, verglichen mit der Planck-Karte, die einfachste Version der Theorie der Dunklen Materie / Dunklen Energie", sagte Joe Zuntz von der Universität Edinburgh, der an der Analyse arbeitete. "Der Moment, in dem wir feststellten, dass unsere Messung innerhalb von 7 Prozent dem Planck-Ergebnis entsprach, war für die gesamte Zusammenarbeit spannend."

Das wichtigste Instrument für DES ist die 570-Megapixel-Digitalkamera, eine der leistungsstärksten Digitalkameras, mit der digitale Bilder von acht Milliarden Lichtjahren entfernten Galaxien aufgenommen werden können. Die Kamera wurde im Fermilab, dem Lead-Labor der Dark Energy Survey, gebaut und getestet und befindet sich auf dem 4 Meter langen Blanco-Teleskop der National Science Foundation, das Teil des Inter-American Observatory Cerro Tololo in Chile ist, einer Abteilung der National Optical Astronomisches Observatorium. Die DES-Daten werden im Nationalen Zentrum für Supercomputeranwendungen an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign verarbeitet.

Wissenschaftler von DES verwenden die Kamera, um ein Achtel des Himmels in beispiellosem Detail über fünf Jahre abzubilden. Das fünfte Beobachtungsjahr beginnt im August. Die neuen Ergebnisse, die heute veröffentlicht wurden, basieren auf Daten, die nur während des ersten Jahres der Umfrage gesammelt wurden, die 1/30 des Himmels umfasst.

"Es ist erstaunlich, dass es dem Team gelungen ist, diese Genauigkeit bereits im ersten Jahr ihrer Umfrage zu erreichen", sagte Nigel Sharp, Programmdirektor der National Science Foundation. "Jetzt, wo ihre Analysetechniken entwickelt und getestet werden, freuen wir uns auf die bahnbrechenden Ergebnisse, während die Umfrage fortgesetzt wird."

DES-Wissenschaftler verwendeten zwei Methoden, um dunkle Materie zu messen. Zuerst erstellten sie Karten von Galaxienpositionen als Tracer, und zweitens maßen sie genau die Formen von 26 Millionen Galaxien, um die Muster dunkler Materie über Milliarden von Lichtjahren direkt zu kartieren, wobei eine Technik namens Gravitationslinsen verwendet wurde.

Um diese ultrapräzisen Messungen zu ermöglichen, entwickelte das DES-Team neue Wege, die winzigen Linsenverzerrungen von Galaxienbildern zu erkennen, die für das Auge nicht sichtbar sind und revolutionäre Fortschritte beim Verständnis dieser kosmischen Signale ermöglichen. Dabei schufen sie den größten Leitfaden zur Entdeckung dunkler Materie im Kosmos (siehe Bild). Die neue Karte für dunkle Materie ist zehnmal so groß wie die eines DES, das 2015 veröffentlicht wurde und wird schließlich dreimal so groß sein wie jetzt.

"Es ist eine enorme Teamarbeit und der Höhepunkt jahrelanger konzentrierter Arbeit", sagte Erin Sheldon, Physikerin am Brookhaven National Laboratory des DOE, die die neue Methode zur Erkennung von Linsenverzerrungen mitentwickelte.

Diese Ergebnisse und andere aus dem ersten Jahr der Dark Energy Survey werden heute online veröffentlicht und während eines Vortrags von Daniel Gruen, NASA Einstein Stipendiat am Kavli Institut für Teilchenastrophysik und Kosmologie am DOE SLAC National Accelerator Laboratory, um 17 Uhr Central bekannt gegeben Zeit. Der Vortrag ist Teil der APS Division of Particles and Fields am Fermilab und wird live übertragen.

Die Ergebnisse werden auch von Kavli-Stipendiatin Elisabeth Krause vom Kavli Institut für Teilchenastrophysik und Kosmologie am SLAC auf der TeV Particle Astrophysics Konferenz in Columbus, Ohio, am 9. August präsentiert; und von Michael Troxel, Postdoktorand am Zentrum für Kosmologie und AstroPartikelphysik an der Ohio State University, auf dem Internationalen Symposium über Lepton Photon Interaktionen bei Hochenergien in Guanzhou, China, am 10. August. Alle drei Sprecher sind Koordinatoren von DES wissenschaftliche Arbeitsgruppen und leistete wichtige Beiträge zur Analyse.

"Die Dark Energy Survey hat bereits einige bemerkenswerte Entdeckungen und Messungen geliefert, und sie haben kaum die Oberfläche ihrer Daten gekratzt", sagte Fermilab Direktor Nigel Lockyer. "Die heutigen weltweit führenden Ergebnisse weisen auf die großen Fortschritte hin, die DES in den kommenden Jahren zum Verständnis der dunklen Energie machen wird."

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