Een schematisch overzicht van de nieuwe driedimensionale SDSS-kaart. Klik om te vergroten
Astronomen van UC Berkeley hebben de meest uitgebreide driedimensionale kaart van het heelal ooit gemaakt. Het bevat 600.000 sterrenstelsels en strekt zich uit over 5,6 miljard lichtjaar in de ruimte. Deze kaart stelt astronomen in staat om bewijs voor donkere energie te bestuderen - de mysterieuze kracht die de uitdijing van het heelal versnelt.
Een team van astronomen onder leiding van Nikhil Padmanabhan en David Schlegel heeft de grootste driedimensionale kaart van het heelal ooit gebouwd, een wigvormig deel van de kosmos dat een tiende van de noordelijke hemel overspant, en 600.000 unieke lichtgevende rode sterrenstelsels omvat, en strekt zich uit tot 5,6 miljard lichtjaar diep de ruimte in, wat overeenkomt met 40 procent van de tijd terug naar de oerknal.
Schlegel is een Divisional Fellow in de Physics Division van Lawrence Berkeley National Laboratory en Padmanabhan zal in september toetreden tot de Physics Division als Chamberlain Fellow en Hubble Fellow; momenteel is hij aan de Princeton University. Zij en hun coauteurs zijn lid van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) en hebben eerder kleinere 3D-kaarten gemaakt met behulp van de SDSS-telescoop in New Mexico om de spectra van individuele sterrenstelsels nauwgezet te verzamelen en hun afstanden te berekenen door hun roodverschuivingen te meten.
"Het nieuwe aan deze kaart is dat het de grootste ooit is", zegt Padmanabhan, "en het is niet afhankelijk van individuele spectra."
Het belangrijkste motief voor het maken van grootschalige 3D-kaarten is om te begrijpen hoe materie wordt verspreid in het universum, zegt Padmanabhan. 'De helderste sterrenstelsels zijn als vuurtorens - waar het licht is, is waar de zaak is.'
Schlegel zegt dat "omdat deze kaart veel grotere afstanden beslaat dan eerdere kaarten, we structuren kunnen meten die zo groot zijn als een miljard lichtjaar in doorsnee."
De variaties in de galactische distributie die zichtbare grootschalige structuren vormen, zijn rechtstreeks afkomstig van variaties in de temperatuur van de kosmische microgolfachtergrond, en weerspiegelen oscillaties in het dichte vroege universum die met grote nauwkeurigheid zijn gemeten door ballongebaseerde experimenten en de WMAP-satelliet.
Het resultaat is een natuurlijke 'liniaal' die wordt gevormd door de regelmatige variaties (soms 'baryon-oscillaties' genoemd, met baryons als afkorting voor gewone materie), die zich herhalen met intervallen van ongeveer 450 miljoen lichtjaar.
"Helaas is het een liniaal met een onhandig formaat", zegt Schlegel. "We moesten een enorm volume van het universum bemonsteren om de liniaal erin te passen."
Padmanabhan zegt: "Hoewel het universum 13,7 miljard jaar oud is, is dat echt niet veel tijd wanneer je meet met een liniaal die slechts elke 450 miljoen lichtjaar wordt gemarkeerd."
De verdeling van sterrenstelsels onthult veel dingen, maar een van de belangrijkste is een maat voor de mysterieuze donkere energie die ongeveer driekwart van de dichtheid van het universum uitmaakt. (Donkere materie is goed voor ongeveer nog eens 20 procent, terwijl minder dan 5 procent gewone materie is van het soort dat zichtbare sterrenstelsels maakt.)
"Donkere energie is slechts de term die we gebruiken voor onze waarneming dat de uitdijing van het universum versnelt", merkt Padmanabhan op. "Door te kijken naar waar variaties in de dichtheid waren ten tijde van de kosmische microgolfachtergrond" - slechts ongeveer 300.000 jaar na de oerknal - "en te zien hoe ze evolueren naar een kaart die de laatste 5,6 miljard jaar beslaat, kunnen we zien of onze schattingen van donkere energie zijn correct. '
De nieuwe kaart laat zien dat de grootschalige structuren inderdaad zijn verdeeld zoals de huidige ideeën over de versnellende uitbreiding van het universum suggereren. De veronderstelde verdeling van donkere materie op de kaart, die hoewel onzichtbaar wordt beïnvloed door zwaartekracht, net als gewone materie, voldoet ook aan het huidige begrip.
Wat de grote nieuwe 3D-kaart mogelijk maakte, was de groothoektelescoop van Sloan Digital Sky Survey, die een gezichtsveld van drie graden beslaat (de volle maan is ongeveer een halve graad), plus de keuze voor een bepaald soort galactische 'Vuurtoren' of afstandsmarkering: lichtgevende rode sterrenstelsels.
'Dit zijn dode, rode sterrenstelsels, enkele van de oudste in het heelal - waarin alle snel brandende sterren allang zijn opgebrand en er alleen nog maar oude rode sterren over zijn', zegt Schlegel. "Dit zijn niet alleen de roodste sterrenstelsels, ze zijn ook de helderste, zichtbaar op grote afstanden."
De astronomen van Sloan Digital Sky Survey werkten samen met collega's van het Australische Two-Degree Field-team om de kleur en roodverschuiving te berekenen van een monster van 10.000 rode lichtgevende sterrenstelsels, waarbij de kleur van de melkweg werd gerelateerd aan de afstand. Vervolgens hebben ze deze metingen toegepast op 600.000 van dergelijke sterrenstelsels om hun kaart te plotten.
Padmanabhan geeft toe dat "er statistische onzekerheid bestaat bij het toepassen van een helderheid-afstandsrelatie afgeleid van 10.000 rode lichtgevende sterrenstelsels op alle 600.000 zonder ze afzonderlijk te meten. Het spel dat we spelen is, we hebben er zoveel dat de gemiddelden ons nog steeds zeer nuttige informatie geven over hun distributie. En zonder hun spectra te hoeven meten, kunnen we veel dieper de ruimte in kijken. ”
Schlegel is het ermee eens dat de onderzoekers nog lang niet de precisie hebben bereikt die ze willen. "Maar we hebben laten zien dat zulke metingen mogelijk zijn, en we hebben het startpunt vastgesteld voor een standaardheerser van het evoluerende universum."
Hij zegt 'de volgende stap is het ontwerpen van een precisie-experiment, misschien gebaseerd op aanpassingen aan de SDSS-telescoop. We werken samen met ingenieurs hier in Berkeley Lab om de telescoop opnieuw te ontwerpen om te doen wat we willen doen. ”
"The Clustering of Luminous Red Galaxies in the Sloan Digital Sky Survey Imaging Data", door 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, ?? bf? Eljko Ivezić, Gillian R. Knapp, Jon Loveday, Robert H. Lupton, Robert C. Nichol, Donald P. Schneider, Michael A. Strauss, Max Tegmark en Donald G. York verschijnen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en zijn nu online beschikbaar op http://arxiv.org/archive/astro-ph.
SDSS wordt beheerd door het Astrophysical Research Consortium voor de deelnemende instellingen, namelijk het American Museum of Natural History, Astrophysical Institute Potsdam, University of Basel, Cambridge University, Case Western Reserve University, University of Chicago, Drexel University, Fermilab, the Institute for Advanced Study, de Japan Participation Group, Johns Hopkins University, het Joint Institute for Nuclear Astrophysics, het Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, de Korean Scientist Group, de Chinese Academy of Sciences (LAMOST), Los Alamos National Laboratory, het Max- Planck-Institute for Astronomy (MPIA), het Max-Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, Ohio State University, University of Pittsburgh, University of Portsmouth, Princeton University, de United States Naval Observatory en de universiteit van Washington.
SDSS-financiering wordt verstrekt door de Alfred P. Sloan Foundation, de Participating Institutions, de National Science Foundation, het US Department of Energy, de National Aeronautics and Space Administration, de Japanse Monbukagakusho, de Max Planck Society en de Higher Education Funding Council voor Engeland. Bezoek de SDSS-website op http://www.sdss.org/.
Berkeley Lab is een nationaal laboratorium van het Amerikaanse Department of Energy in Berkeley, Californië. Het doet niet-geclassificeerd wetenschappelijk onderzoek en wordt beheerd door de University of California. Bezoek onze website op http://www.lbl.gov.
Oorspronkelijke bron: Berkeley Lab
