1929 veränderte Edwin Hubble für immer unser Verständnis des Kosmos, indem er zeigte, dass sich das Universum in einem Expansionszustand befindet. In den 1990er Jahren stellten Astronomen fest, dass sich die Expansionsrate tatsächlich beschleunigt, was wiederum zur Theorie der „Dunklen Energie“ führte. Seit dieser Zeit haben Astronomen und Physiker versucht, die Existenz dieser Kraft durch Messung ihres Einflusses auf den Kosmos zu bestimmen.
Das Neueste aus diesen Bemühungen stammt aus dem Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), bei dem ein internationales Forscherteam bekannt gegeben hat, dass die Erstellung der bislang genauesten Messungen des Universums abgeschlossen ist. Bekannt als Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), haben ihre Messungen die Eigenschaften der Dunklen Energie neu eingeschränkt.
Die neuen Messungen wurden kürzlich von Daniel Eisenstein, Astronom der Harvard University, auf einem Treffen der American Astronomical Society vorgestellt. Als Direktor des Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) haben er und sein Team in den letzten zehn Jahren den Kosmos und die periodischen Schwankungen der Dichte normaler Materie gemessen, um zu sehen, wie sich Galaxien im gesamten Universum verteilen.
Und nach einem Jahrzehnt der Forschung konnte das BOSS-Team eine dreidimensionale Karte des Kosmos erstellen, die mehr als sechs Milliarden Lichtjahre abdeckt. Und während andere neuere Untersuchungen weiter entfernt waren - bis zu Entfernungen von 9 und 13 Milliarden Lichtjahren - ist die BOSS-Karte insofern einzigartig, als sie die höchste Genauigkeit aller kosmologischen Karten aufweist.
Tatsächlich war das BOSS-Team in der Lage, die Verteilung von Galaxien im Kosmos und in einer Entfernung von 6 Milliarden Lichtjahren innerhalb einer beispiellosen Fehlerquote von 1% zu messen. Aufgrund der Auswirkungen der Relativitätstheorie ist es nicht einfach, die Natur kosmischer Objekte in großen Entfernungen zu bestimmen. Wie Dr. Eisenstein dem Space Magazine per E-Mail sagte:
„Entfernungen sind eine langjährige Herausforderung in der Astronomie. Während Menschen aufgrund unserer binokularen Sicht oft Entfernungen beurteilen können, sind Galaxien jenseits der Milchstraße viel zu weit entfernt, um diese zu nutzen. Und weil Galaxien in einem weiten Bereich von intrinsischen Größen vorliegen, ist es schwierig, ihre Entfernung zu beurteilen. Es ist wie ein Blick auf einen weit entfernten Berg. Das Urteil über die Entfernung hängt mit dem Urteil über die Höhe zusammen. "
In der Vergangenheit haben Astronomen genaue Messungen von Objekten im lokalen Universum (dh Planeten, benachbarte Sterne, Sternhaufen) durchgeführt, indem sie sich auf alles von Radar bis Rotverschiebung verlassen haben - den Grad, in dem die Wellenlänge des Lichts zum roten Ende des verschoben ist Spektrum. Je größer jedoch die Entfernung eines Objekts ist, desto größer ist der Grad der Unsicherheit.
Und bis jetzt wurden nur Objekte, die einige tausend Lichtjahre von der Erde entfernt sind - d. H. Innerhalb der Milchstraße -, auf eine Fehlergrenze von einem Prozent gemessen. Als größtes der vier Projekte des Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) zeichnet sich BOSS dadurch aus, dass es in erster Linie auf der Messung sogenannter „Baryon Acoustic Oscillations“ (BAOs) beruht.
Dies sind im Wesentlichen subtile periodische Wellen bei der Verteilung der sichtbaren baryonischen (d. H. Normalen) Materie im Kosmos. Daniel Eisenstein erklärte:
„BOSS misst die Expansion des Universums auf zwei Arten. Die erste ist die Verwendung der akustischen Baryonenschwingungen (daher der Name der Vermessung). Schallwellen, die sich in den ersten 400.000 Jahren nach dem Urknall ausbreiten, bilden eine bevorzugte Skala für die Trennung von Galaxienpaaren. Durch Messung dieser bevorzugten Trennung in einer Probe vieler Galaxien können wir den Abstand zur Probe ableiten.
„Die zweite Methode besteht darin, zu messen, wie sich die Häufung von Galaxien zwischen Paaren unterscheidet, die entlang der Sichtlinie ausgerichtet sind, im Vergleich zu quer zur Sichtlinie. Die Expansion des Universums kann dazu führen, dass diese Clusterbildung asymmetrisch ist, wenn man bei der Umwandlung von Rotverschiebungen in Entfernungen den falschen Expansionsverlauf verwendet. “
Mit diesen neuen, hochgenauen Entfernungsmessungen können BOSS-Astronomen den Einfluss der Dunklen Materie weitaus genauer untersuchen. "Verschiedene Modelle der Dunklen Energie unterscheiden sich darin, wie die Beschleunigung der Expansion des Universums im Laufe der Zeit abläuft", sagte Eisenstein. „BOSS misst die Expansionshistorie, anhand derer wir auf die Beschleunigungsrate schließen können. Wir finden Ergebnisse, die in hohem Maße mit den Vorhersagen des kosmologischen Konstantenmodells übereinstimmen, dh des Modells, in dem die Dunkle Energie über die Zeit eine konstante Dichte aufweist. “
Neben der Messung der Verteilung normaler Materie zur Bestimmung des Einflusses der Dunklen Energie arbeitet die SDSS-III-Kollaboration daran, die Milchstraße abzubilden und nach extrasolaren Planeten zu suchen. Die BOSS-Messungen sind in einer Reihe von Artikeln aufgeführt, die im letzten Monat von der BOSS-Kollaboration an Zeitschriften übermittelt wurden und jetzt alle online verfügbar sind.
Und BOSS ist nicht die einzige Anstrengung, um die großräumige Struktur unseres Universums zu verstehen und wie all seine mysteriösen Kräfte es geformt haben. Erst letzten Monat gab Professor Stephen Hawking bekannt, dass das COSMOS-Supercomputing-Zentrum der Universität Cambridge die bislang detaillierteste 3D-Karte des Universums erstellen wird.
Sie stützen sich auf Daten der CMB-Daten des Planck-Satelliten der ESA und auf Informationen aus dem Dark Energy Survey und hoffen, den Einfluss der Dunklen Energie auf die Verteilung der Materie in unserem Universum messen zu können. Wer weiß? In einigen Jahren werden wir möglicherweise verstehen, wie alle fundamentalen Kräfte, die das Universum regieren, zusammenarbeiten.
