Astrophysiker, die die Expansion des Universums mit den größten jemals zusammengestellten Galaxienkatalogen untersuchen, läuten eine aufregende Ära der Präzisionskosmologie ein. Letzte Woche veröffentlichte die Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ihre endgültige Veröffentlichung öffentlicher Daten, und Wissenschaftler, die an ihrem größten Programm, der Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), arbeiten, präsentierten ihre endgültigen Ergebnisse auch auf dem Treffen der American Astronomical Society in Seattle, Washington.
Durch die Kartierung von über 10.000 Quadratgrad - 25% des Himmels - misst BOSS "die beschleunigte Expansion unseres Universums mit der weltweit größten extragalaktischen Rotverschiebungsuntersuchung", so SDSS-III-Direktor Daniel Eisenstein vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Die BOSS-Ergebnisse umfassen neue und präzise Messungen der Expansionsrate des Universums (als „Hubble-Konstante“ bezeichnet) und der Materiedichte, einschließlich dunkler Materie, Sterne, Gas und Staub.
BOSS führte seine Beobachtungen am 2,5-Meter-Teleskop der Sloan Foundation am Apache Point Observatory in New Mexico durch und erzeugte Spektren und räumliche Positionen für 1,5 Million Galaxien und 300.000 Quasare in einem Volumen, das einem Würfel mit einer Länge von 8,5 Milliarden Lichtjahren auf einer Seite entspricht (siehe Bild oben). Astronomen verwendeten diesen umfangreichen Datensatz, um die Verteilungen der Objekte abzubilden und die charakteristische Skala zu erfassen, die durch akustische Baryonenschwingungen im frühen Universum geprägt wurde. Schallwellen breiten sich mit der Zeit nach außen aus, wie Wellen, die sich in einem Teich ausbreiten, und werden durch ein großräumiges Clustering-Signal an den Positionen der Galaxien relativ zueinander angezeigt (siehe Abbildung unten). Durch die Analyse dieses Signals zu verschiedenen Zeiten ist es möglich, das Verhalten der mysteriösen „dunklen Energie“ zu untersuchen, die die beschleunigte Expansion des Universums verursacht.
In den endgültigen Ergebnissen von BOSS haben Hunderte von Wissenschaftlern in der internationalen Zusammenarbeit diese Skala mit beispielloser Präzision gemessen. Insbesondere Ashley Ross von der Ohio State University präsentierte Ergebnisse, die die Fähigkeit demonstrierten, eine Analyse der Quer- und Sichtlinienverteilung von Galaxien zu kombinieren. In einer Arbeit von Eric Aubourg und Mitarbeitern haben BOSS-Astronomen die kosmische Entfernungsskala von Galaxien im „lokalen“ Universum und von Quasaren im Entfernungsuniversum mit beeindruckend kleinen systematischen Fehlern - bei weniger als 1% - in Kombination mit kosmischer Mikrowelle gemessen Hintergrundbeschränkungen. Ihre kosmologische Analyse liefert eine Messung der Hubble-Konstante und der Materiedichte des Universums im Einklang mit einer „flachen“ Kosmologie der kalten dunklen Materie mit einer kosmologischen Konstante (siehe unten). Kosmologische Modelle wie Krümmung, sich entwickelnde dunkle Energie oder massive Neutrinos sind nicht vollständig ausgeschlossen, werden jedoch von den Daten weniger unterstützt als zuvor. Weitere Ergebnisse der Zusammenarbeit werden in den kommenden Monaten zur Veröffentlichung vorgelegt.
Der BOSS-Datensatz “stellt den Goldstandard für die Kartierung des Galaxiennetzwerks dar, das die großräumige Struktur des Universums umfasst. Die Daten ermöglichen es uns, das Vorhandensein dunkler Energie und das Verhalten der Schwerkraft genauer als je zuvor zu verfolgen auf kosmischen Skalen und die Wirkung massiver Neutrinos “, sagt Chris Blake von der Swinburne University, der nicht an der Zusammenarbeit beteiligt ist.
Wohin geht das BOSS-Team von hier aus? Die Zusammenarbeit hat mit der Arbeit an SDSS-IV begonnen, zu dessen sechsjähriger Mission eine ehrgeizige erweiterte BOSS-Umfrage (eBOSS) gehört. Laut Jeremy Tinker, Koordinator für eBOSS-Targeting an der New York University, werden eBOSS-Beobachtungen von über 700.000 Quasaren die Entfernungsskala „bei einem viel höheren Rotverschiebungsregime, das von aktuellen groß angelegten Umfragen nicht abgedeckt wird“, genau messen.
Weitere Informationen zu BOSS und Updates zu den drei anderen Komponenten des SDSS finden Sie in unserem vorherigen Artikel hier.
SDSS-Website
(Vollständige Offenlegung: Ramin Skibba war von 2010 bis 2012 Mitglied der BOSS-Zusammenarbeit.)
