Eine schematische Ansicht der neuen dreidimensionalen SDSS-Karte. klicken um zu vergrößern
Astronomen der UC Berkeley haben die umfassendste dreidimensionale Karte des Universums erstellt, die jemals veröffentlicht wurde. Es enthält 600.000 Galaxien und erstreckt sich über 5,6 Milliarden Lichtjahre in den Weltraum. Diese Karte ermöglicht es Astronomen, Beweise für dunkle Energie zu untersuchen - die mysteriöse Kraft, die die Expansion des Universums beschleunigt.
Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Nikhil Padmanabhan und David Schlegel hat die größte dreidimensionale Karte des Universums veröffentlicht, die jemals konstruiert wurde. Ein keilförmiges Stück des Kosmos, das ein Zehntel des nördlichen Himmels überspannt und 600.000 einzigartig leuchtende rote Galaxien umfasst erstreckt sich 5,6 Milliarden Lichtjahre tief in den Weltraum, was 40 Prozent der Zeit bis zum Urknall entspricht.
Schlegel ist Divisional Fellow in der Physikabteilung des Lawrence Berkeley National Laboratory, und Padmanabhan wird im September als Chamberlain Fellow und Hubble Fellow in die Physikabteilung des Labors eintreten. Derzeit ist er an der Princeton University. Sie und ihre Mitautoren sind Mitglieder des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) und haben zuvor kleinere 3D-Karten mit dem SDSS-Teleskop in New Mexico erstellt, um die Spektren einzelner Galaxien sorgfältig zu erfassen und ihre Entfernungen durch Messung ihrer Rotverschiebungen zu berechnen.
"Das Neue an dieser Karte ist, dass sie die größte ist, die es je gab", sagt Padmanabhan. "Und sie hängt nicht von einzelnen Spektren ab."
Das Hauptmotiv für die Erstellung umfangreicher 3D-Karten besteht darin, zu verstehen, wie Materie im Universum verteilt ist, sagt Padmanabhan. "Die hellsten Galaxien sind wie Leuchttürme - wo das Licht ist, ist, wo die Materie ist."
Schlegel sagt: "Da diese Karte viel größere Entfernungen als frühere Karten zurücklegt, können wir Strukturen mit einem Durchmesser von bis zu einer Milliarde Lichtjahren messen."
Die Variationen in der galaktischen Verteilung, die sichtbare großräumige Strukturen darstellen, sind direkt auf Variationen in der Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds zurückzuführen, die Schwingungen im dichten frühen Universum widerspiegeln, die durch Experimente mit Ballons und den WMAP-Satelliten mit großer Genauigkeit gemessen wurden.
Das Ergebnis ist ein natürliches „Lineal“, das durch regelmäßige Variationen (manchmal auch als „Baryonenschwingungen“ bezeichnet, mit Baryonen als Abkürzung für gewöhnliche Materie) gebildet wird, die sich in Intervallen von etwa 450 Millionen Lichtjahren wiederholen.
"Leider ist es ein ungünstig großes Lineal", sagt Schlegel. "Wir mussten ein riesiges Volumen des Universums abtasten, um das Lineal hinein zu passen."
Padmanabhan sagt: "Obwohl das Universum 13,7 Milliarden Jahre alt ist, ist das nicht viel Zeit, wenn Sie mit einem Lineal messen, das nur alle 450 Millionen Lichtjahre markiert ist."
Die Verteilung der Galaxien enthüllt viele Dinge, aber eines der wichtigsten ist ein Maß für die mysteriöse dunkle Energie, die etwa drei Viertel der Dichte des Universums ausmacht. (Dunkle Materie macht ungefähr weitere 20 Prozent aus, während weniger als 5 Prozent gewöhnliche Materie sind, die Galaxien sichtbar macht.)
"Dunkle Energie ist nur der Begriff, den wir für unsere Beobachtung verwenden, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt", bemerkt Padmanabhan. „Wenn wir uns ansehen, wo sich die Dichteschwankungen zum Zeitpunkt des kosmischen Mikrowellenhintergrunds befanden“ - nur etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall - „und sehen, wie sie sich zu einer Karte entwickeln, die die letzten 5,6 Milliarden Jahre abdeckt, können wir sehen, ob unsere Schätzungen vorliegen der dunklen Energie sind richtig. "
Die neue Karte zeigt, dass die großräumigen Strukturen tatsächlich so verteilt sind, wie es aktuelle Vorstellungen über die beschleunigte Expansion des Universums nahelegen würden. Die angenommene Verteilung der Dunklen Materie auf der Karte, die wie gewöhnliche Materie unsichtbar von der Schwerkraft beeinflusst wird, entspricht ebenfalls dem aktuellen Verständnis.
Was die große neue 3D-Karte ermöglichte, war das Weitfeldteleskop des Sloan Digital Sky Survey, das ein Sichtfeld von drei Grad abdeckt (der Vollmond beträgt etwa ein halbes Grad), sowie die Wahl einer bestimmten Art von Galaktik "Leuchtturm" oder Entfernungsmarkierung: leuchtend rote Galaxien.
„Dies sind tote rote Galaxien, einige der ältesten im Universum - in denen alle schnell brennenden Sterne längst ausgebrannt sind und nur noch alte rote Sterne übrig sind“, sagt Schlegel. "Dies sind nicht nur die rotesten Galaxien, sondern auch die hellsten, die in großer Entfernung sichtbar sind."
Die Astronomen von Sloan Digital Sky Survey arbeiteten mit Kollegen des australischen Two-Degree Field-Teams zusammen, um die Farbe und Rotverschiebung einer Stichprobe von 10.000 roten leuchtenden Galaxien zu mitteln und die Galaxienfarbe mit der Entfernung in Beziehung zu setzen. Diese Messungen wurden dann auf 600.000 solcher Galaxien angewendet, um ihre Karte zu zeichnen.
Padmanabhan räumt ein, dass „es statistische Unsicherheit gibt, eine Helligkeits-Distanz-Beziehung, die aus 10.000 roten Lichtgalaxien abgeleitet wurde, auf alle 600.000 anzuwenden, ohne sie einzeln zu messen. Das Spiel, das wir spielen, ist, wir haben so viele, dass die Durchschnittswerte uns immer noch sehr nützliche Informationen über ihre Verteilung geben. Und ohne ihre Spektren messen zu müssen, können wir viel tiefer in den Raum schauen. “
Schlegel stimmt zu, dass die Forscher weit davon entfernt sind, die gewünschte Präzision zu erreichen. "Aber wir haben gezeigt, dass solche Messungen möglich sind, und wir haben den Ausgangspunkt für ein Standardlineal des sich entwickelnden Universums festgelegt."
Er sagt: „Der nächste Schritt besteht darin, ein Präzisionsexperiment zu entwerfen, das möglicherweise auf Änderungen am SDSS-Teleskop basiert. Wir arbeiten hier im Berkeley Lab mit Ingenieuren zusammen, um das Teleskop so zu gestalten, dass es das tut, was wir wollen. “
"Die Häufung leuchtend roter Galaxien in den Bilddaten der Sloan Digital Sky Survey" von Nikhil Padmanabhan, David J. Schlegel, Uros Seljak, Alexey Makarov, Neta A. Bahcall, Michael R. Blanton, Jonathan Brinkmann, Daniel J. Eisenstein, Douglas P. Finkbeiner, James E. Gunn, David W. Hogg, Eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert H. Lupton, Robert C. Nichol, Donald P. Schneider, Michael A. Strauss, Max Tegmark und Donald G. York werden in den monatlichen Mitteilungen der Royal Astronomical Society erscheinen und sind jetzt online unter http://arxiv.org/archive/astro-ph verfügbar.
SDSS wird vom Astrophysical Research Consortium für die teilnehmenden Institutionen verwaltet, darunter das American Museum of Natural History, das Astrophysical Institute Potsdam, die Universität Basel, die Universität Cambridge, die Case Western Reserve University, die Universität Chicago, die Drexel University, Fermilab, das Institute for Advanced Study, die Japan Participation Group, die Johns Hopkins University, das Joint Institute for Nuclear Astrophysics, das Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, die Korean Scientist Group, die Chinesische Akademie der Wissenschaften (LAMOST), das Los Alamos National Laboratory, das Max- Planck-Institut für Astronomie (MPIA), Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA), New Mexico State University, Ohio State University, Universität Pittsburgh, Universität Portsmouth, Princeton University, United States Naval Observatory und Universität von Washington.
Die SDSS-Mittel werden von der Alfred P. Sloan-Stiftung, den teilnehmenden Institutionen, der National Science Foundation, dem US-Energieministerium, der Nationalen Luft- und Raumfahrtbehörde, dem japanischen Monbukagakusho, der Max-Planck-Gesellschaft und dem Higher Education Funding Council für bereitgestellt England. Besuchen Sie die SDSS-Website unter http://www.sdss.org/.
Berkeley Lab ist ein nationales Labor des US-Energieministeriums in Berkeley, Kalifornien. Es führt nicht klassifizierte wissenschaftliche Forschung durch und wird von der University of California verwaltet. Besuchen Sie unsere Website unter http://www.lbl.gov.
Ursprüngliche Quelle: Berkeley Lab
