Diese Woche veröffentlichten Wissenschaftler der Zusammenarbeit mit Dark Energy Survey (DES) die erste einer Reihe detaillierter Karten, in denen die Verteilung der Dunklen Materie dargestellt ist, die aus ihren Gravitationseffekten abgeleitet wurde. Die neuen Daten zeigen große Filamente dunkler Materie, in denen sichtbare Galaxien und Galaxienhaufen liegen, und kosmische Hohlräume, in denen sich nur sehr wenige Galaxien befinden.
„Unsere bisherige Analyse entspricht dem, was das aktuelle Bild des Universums vorhersagt“, sagte Chihway Chang von der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich, Co-Leiter der Analyse. "Beim Vergrößern der Karten haben wir gemessen, wie dunkle Materie Galaxien verschiedener Typen umhüllt und wie sie sich zusammen im Laufe der kosmischen Zeit entwickeln."
Die Recherchen und Karten, die sich über einen großen Bereich des Himmels erstrecken, sind das Ergebnis einer massiven Anstrengung eines internationalen Teams aus den USA, Großbritannien, Spanien, Deutschland, der Schweiz und Brasilien. Sie gaben ihre neuen Ergebnisse auf dem Treffen der American Physical Society (APS) in Baltimore, Maryland, bekannt.
Laut Kosmologen strömen und verklumpen dunkle Materieteilchen im Laufe der Zeit in bestimmten Regionen des Kosmos, oft an denselben Orten, an denen sich Galaxien bilden und sammeln. Im Laufe der Zeit entwickelt sich im gesamten Universum ein „kosmisches Netz“. Obwohl dunkle Materie unsichtbar ist, dehnt sie sich mit dem Universum aus und spürt die Anziehungskraft der Schwerkraft. Astrophysiker können dann Karten davon rekonstruieren, indem sie Millionen von Galaxien vermessen, ähnlich wie man die wechselnde Ausrichtung eines Vogelschwarms aus seinem Schatten ableiten könnte, der sich über den Boden bewegt.
DES-Wissenschaftler erstellten die Karten mit einer der leistungsstärksten Digitalkameras der Welt, der 570-Megapixel-Dark-Energy-Kamera (DECam), die besonders empfindlich auf das Licht entfernter Galaxien reagiert. Es ist am 4-Meter-Teleskop Victor M. Blanco montiert, das sich am Interamerikanischen Observatorium Cerro Tololo im Norden Chiles befindet. Jedes seiner Bilder zeichnet Daten aus einem Gebiet auf, das von der Erde aus gesehen 20-mal so groß wie der Mond ist.
Darüber hinaus sammelt DECam Daten fast zehnmal schneller als frühere Maschinen. David Bacon vom Institut für Kosmologie und Gravitation der Universität Portsmouth sagte: „Dies ermöglicht es uns, tiefer in den Weltraum zu starren und die Auswirkungen von dunkler Materie und dunkler Energie klarer zu sehen. Obwohl diese dunklen Wesen 96% unseres Universums ausmachen, ist es ironischerweise schwierig, sie zu sehen, und sie erfordern riesige Datenmengen. “
Das Teleskop und seine Instrumente ermöglichen präzise Messungen unter Verwendung einer als "Gravitationslinsen" bekannten Technik. Astrophysiker untersuchen die kleinen Verzerrungen und Scherungen von Galaxienbildern aufgrund der Anziehungskraft der dunklen Materie um sie herum, ähnlich wie verzerrte Bilder von Objekten in einer Lupe, mit der Ausnahme, dass die von den DES-Wissenschaftlern beobachteten Linsengalaxien mindestens 6 Milliarden Lichtgalaxien betragen. Jahre entfernt.
Chang und Vinu Vikram (Argonne National Laboratory) leiteten die Analyse, mit der sie das Netz der dunklen Materie in beispiellosen Details über 139 Quadratgrad der südlichen Hemisphäre verfolgten. "Wir haben die kaum wahrnehmbaren Verzerrungen in Form von etwa 2 Millionen Galaxien gemessen, um diese neuen Karten zu erstellen", sagte Vikram. Dies entspricht weniger als 0,4% des gesamten Himmels, aber die abgeschlossene DES-Umfrage wird in den nächsten Jahren mehr als das 30-fache dieses Gebiets kartieren.
Sie reichten ihre Forschungsarbeit zur Veröffentlichung in einer kommenden Ausgabe der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Societyund das DES-Team veröffentlichte es am Dienstag öffentlich als Teil einer Reihe von Artikeln auf dem arXiv.org-Server.
Die Präzision und Detailgenauigkeit dieser großen zusammenhängenden Karten, die von DES-Wissenschaftlern erstellt werden, ermöglicht Tests anderer kosmologischer Modelle. "Ich bin sehr gespannt, was uns diese Karten über dunkle Materie in Galaxienhaufen erzählen werden, insbesondere in Bezug auf Theorien der modifizierten Schwerkraft", sagt Robert Nichol (University of Portsmouth). Einsteins Gravitationsmodell, die allgemeine Relativitätstheorie, könnte auf großen kosmologischen Skalen oder in den dichtesten Regionen des Universums falsch sein, und die laufende Forschung mit dem Dark Energy Survey wird Untersuchungen dazu erleichtern.
