Een team van Britse en Australische astronomen heeft vandaag aangekondigd dat het de ontbrekende schakel heeft gevonden die moderne sterrenstelsels zoals onze eigen Melkweg rechtstreeks verbindt met de oerknal die ons heelal 14 miljard jaar geleden heeft gecreëerd. De bevindingen zijn het resultaat van een inspanning van 10 jaar om de verdeling in de ruimte van 220.000 sterrenstelsels in kaart te brengen door het 2dFGRS (2-graden Field Galaxy Redshift Survey), een consortium van astronomen, met behulp van de 3,8 m Anglo-Australische telescoop (AAT) . Deze ontbrekende schakel werd onthuld in het bestaan van subtiele kenmerken in de verdeling van sterrenstelsels in de enquête. Analyse van deze functies heeft het team ook in staat gesteld het universum met een ongekende nauwkeurigheid te wegen.
De 2dFGRS heeft de distributie van sterrenstelsels, de grootschalige structuur van het heelal, tot in detail gemeten. Deze patronen variëren in grootte van 100 miljoen tot 1 miljard lichtjaar. De eigenschappen van de grootschalige structuur worden bepaald door fysieke processen die werkten toen het heelal inderdaad erg jong was.
Dr. Shaun Cole van de Universiteit van Durham, die het onderzoek leidde, legt uit: “Op het moment van geboorte bevatte het universum kleine onregelmatigheden, waarvan werd aangenomen dat ze het gevolg waren van“ kwantum ”of subatomaire processen. Deze onregelmatigheden zijn sindsdien versterkt door de zwaartekracht en hebben uiteindelijk geleid tot de sterrenstelsels die we tegenwoordig zien. ”
Theoretici in de jaren zestig suggereerden dat de oerzaden van sterrenstelsels moeten worden gezien als rimpelingen in de straling van de kosmische microgolfachtergrond (CMB) die wordt uitgezonden in de hitte die overblijft na de oerknal, toen het heelal slechts 350.000 jaar oud was. Rimpelingen werden vervolgens gezien in 1992 door de COBE-satelliet van NASA, maar tot nu toe kon er geen stevig verband worden aangetoond met de vorming van sterrenstelsels. 2dFGRS heeft ontdekt dat een patroon dat in deze rimpelingen te zien is, zich heeft verspreid naar het moderne universum en tegenwoordig kan worden gedetecteerd in sterrenstelsels.
De patronen in de CMB bevatten prominente plekken van ongeveer een graad breed, geproduceerd door geluidsgolven die zich voortplanten in het onvoorstelbaar hete plasma van de oerknal. Deze kenmerken staan bekend als "akoestische pieken" of "baryon-wiggles". Theoretici hadden gespeculeerd dat de geluidsgolven mogelijk ook een stempel hebben gedrukt op de dominante component van het universum - de exotische 'donkere materie', die zelf de vorming van sterrenstelsels aandrijft. Natuurkundigen en astronomen probeerden deze afdruk te identificeren op kaarten van onze eigen galactische buurt.
Na jaren van nauwgezet meten van sterrenstelsels aan de Anglo-Australische telescoop en het modelleren van hun eigenschappen met geavanceerde wiskundige en computationele technieken, heeft het 2dFGRS-team de afdruk van geluidsgolven in de oerknal geïdentificeerd. Het lijkt als delicate kenmerken in het "vermogensspectrum", de statistiek die door astronomen wordt gebruikt om de patronen te kwantificeren die worden gezien in kaarten van de verdeling van de melkwegstelsels. Deze kenmerken komen overeen met die op de achtergrond van de magnetron - wat betekent dat we de levensgeschiedenis begrijpen van het gas waaruit sterrenstelsels zijn gevormd.
De baryon-kenmerken bevatten informatie over de inhoud van het universum, in het bijzonder over de hoeveelheid gewone materie (bekend als baryons), het soort spul dat is gecondenseerd tot sterren en planeten en waarvan we zelf zijn gemaakt.
Professor Carlos Frenk, directeur van het Institute for Computational Cosmology van de Universiteit van Durham, zei: “Deze baryon-kenmerken zijn de genetische vingerafdruk van ons universum. Ze leggen een directe evolutionaire link met de oerknal. Het vinden ervan is een mijlpaal in ons begrip van hoe de kosmos is gevormd. ”
Professor John Peacock van de Edinburgh University, teamleider van de 2dFGRS-samenwerking in het VK zei: "Ik denk niet dat iemand had verwacht dat eenvoudige kosmologische theorieën zo goed zouden werken. We hebben het geluk dat we in de buurt zijn om deze foto van het universum te zien ontstaan. "
De 2dFGRS heeft aangetoond dat baryons een klein onderdeel van ons universum vormen, slechts 18% van de totale massa uitmaken, terwijl de resterende 82% eruit ziet als donkere materie. Voor het eerst heeft het 2dFGRS-team de nauwkeurigheidsbarrière van 10 procent doorbroken bij het meten van de totale massa van het heelal.
Alsof dit plaatje niet vreemd genoeg was, liet de 2dFGRS ook zien dat alle massa in het universum (zowel lichtgevend als donker) opweegt tegen 4: 1 door een nog exotischer component genaamd "vacuümenergie" of "donkere energie". Dit heeft antizwaartekracht eigenschappen, waardoor de uitdijing van het heelal versnelt. Deze conclusie komt tot stand bij het combineren van 2dFGRS-resultaten met gegevens over de achtergrondstraling van de magnetron, die overblijft vanaf het moment dat de baryon-kenmerken werden gecreëerd. De oorsprong en identiteit van de donkere energie blijft een van de diepste mysteries van de moderne wetenschap.
Onze kennis van de microgolfachtergrond is in 2003 enorm verbeterd met gegevens van NASA's WMAP-satelliet. Het WMAP-team combineerde hun informatie met een eerdere analyse van een deel van de 2dFGRS om te concluderen dat we inderdaad in een door donkere energie gedomineerd universum leven. Dit werd in 2003 door het tijdschrift Science 'de doorbraak van het jaar' genoemd. Nu, de ontdekking van de kosmische ontbrekende schakel door het 2dFGRS-team, bijna precies een jaar later, bekroont de prestaties van een decennium van nauwgezet werk.
In een interessante wending kunnen aanwijzingen voor de identiteit van de donkere energie worden verzameld door baryon-kenmerken te vinden in de zich ontwikkelende melkwegverdeling halverwege tussen nu en de oerknal. Britse astronomen en hun medewerkers over de hele wereld plannen nu met dit doel grote melkwegonderzoeken van zeer verre sterrenstelsels.
Onafhankelijke bevestiging van de aanwezigheid van baryon-kenmerken in de grootschalige structuur komt van de door de VS geleide Sloan Digital Sky Survey. Ze gebruiken een complementaire methode die geen betrekking heeft op het vermogensspectrum en bestuderen een zeldzame subset van sterrenstelsels over een groter volume dan de 2dFGRS. Desalniettemin zijn de conclusies consistent, wat zeer bevredigend is.
Professor Michael Strauss van Princeton University, woordvoerder van de SDSS-samenwerking zei: “Dit is een prachtige wetenschap. De twee groepen hebben nu onafhankelijk direct bewijs gezien voor de groei van de structuur door zwaartekrachtinstabiliteit van de aanvankelijke fluctuaties in de kosmische microgolfachtergrond. ”
Oorspronkelijke bron: PPARC-persbericht
