Deze week hebben wetenschappers met de Dark Energy Survey (DES) -samenwerking de eerste vrijgegeven in een reeks gedetailleerde kaarten die de verdeling van donkere materie in kaart brengen die wordt afgeleid uit de zwaartekrachtseffecten. De nieuwe gegevens tonen grote filamenten van donkere materie waar zichtbare sterrenstelsels en clusters van melkwegstelsels liggen en kosmische leegtes waar maar heel weinig sterrenstelsels zich bevinden.
"Onze analyse tot dusver is in lijn met wat het huidige beeld van het universum voorspelt", zegt Chihway Chang van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie (ETH) in Zürich, een co-leider van de analyse. "Als we inzoomen op de kaarten, hebben we gemeten hoe donkere materie sterrenstelsels van verschillende typen omhult en hoe ze samen evolueren in de kosmische tijd."
Het onderzoek en de kaarten, die een groot deel van de hemel beslaan, zijn het resultaat van een enorme inspanning van een internationaal team uit de VS, het VK, Spanje, Duitsland, Zwitserland en Brazilië. Ze maakten hun nieuwe resultaten bekend tijdens de bijeenkomst van de American Physical Society (APS) in Baltimore, Maryland.
Volgens kosmologen stromen en klonteren donkere materiedeeltjes in de loop van de tijd samen in bepaalde gebieden van de kosmos, vaak op dezelfde plaatsen waar sterrenstelsels zich vormen en clusteren. In de loop van de tijd ontwikkelt zich in het hele universum een 'kosmisch web'. Hoewel donkere materie onzichtbaar is, breidt ze zich uit met het universum en voelt ze de aantrekkingskracht van de zwaartekracht. Astrofysici kunnen dan kaarten ervan reconstrueren door miljoenen sterrenstelsels te onderzoeken, net zoals men de veranderende oriëntatie van een zwerm vogels kan afleiden uit zijn schaduw die over de grond beweegt.
DES-wetenschappers hebben de kaarten gemaakt met een van 's werelds krachtigste digitale camera's, de 570 megapixel Dark Energy Camera (DECam), die bijzonder gevoelig is voor het licht van verre sterrenstelsels. Het is gemonteerd op de 4 meter lange Victor M. Blanco-telescoop, gelegen aan de Cerro Tololo Inter-American Observatory in het noorden van Chili. Elk van zijn afbeeldingen registreert gegevens van een gebied dat 20 keer zo groot is als de maan vanaf de aarde.
Bovendien verzamelt DECam bijna tien keer sneller gegevens dan eerdere machines. Volgens David Bacon van het Institute of Cosmology and Gravitation van de University of Portsmouth: 'Hierdoor kunnen we dieper de ruimte in staren en de effecten van donkere materie en donkere energie met grotere helderheid zien. Ironisch genoeg, hoewel deze duistere entiteiten 96% van ons universum uitmaken, is het moeilijk om ze te zien en er zijn enorme hoeveelheden gegevens voor nodig. ”
De telescoop en zijn instrumenten maken nauwkeurige metingen mogelijk met behulp van een techniek die bekend staat als 'zwaartekrachtlensing'. Astrofysici bestuderen de kleine vervormingen en schuifkrachten van beelden van sterrenstelsels als gevolg van de zwaartekracht van donkere materie om hen heen, vergelijkbaar met kromgetrokken beelden van objecten in een vergrootglas, behalve dat de lensstelsels die door de DES-wetenschappers worden waargenomen, ten minste 6 miljard licht- jaren weg.
Chang en Vinu Vikram (Argonne National Laboratory) leidden de analyse, waarmee ze het web van donkere materie in ongekende details over 139 vierkante graden van het zuidelijk halfrond volgden. "We hebben de nauwelijks waarneembare vervormingen gemeten in de vorm van ongeveer 2 miljoen sterrenstelsels om deze nieuwe kaarten te construeren," zei Vikram. Dit is minder dan 0,4% van de hele hemel, maar de voltooide DES-enquête zal de komende jaren meer dan 30 keer dit gebied in kaart brengen.
Ze dienden hun onderzoekspaper in voor publicatie in een aanstaande uitgave van de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society, en het DES-team heeft het dinsdag openbaar gepubliceerd als onderdeel van een reeks documenten op de arXiv.org-server.
De precisie en details van deze grote aaneengesloten kaarten die door DES-wetenschappers worden geproduceerd, zullen het mogelijk maken om andere kosmologische modellen te testen. "Ik ben erg enthousiast over wat deze kaarten ons zullen vertellen over donkere materie in clusters van sterrenstelsels, vooral met betrekking tot theorieën over gemodificeerde zwaartekracht", zegt Robert Nichol (University of Portsmouth). Einsteins model van zwaartekracht, algemene relativiteit, kan onjuist zijn op grote kosmologische schalen of in de dichtste gebieden van het universum, en lopend onderzoek met de Dark Energy Survey zal het onderzoek hiervan vergemakkelijken.
