Met behulp van waarnemingen van 3.000 quasars die zijn ontdekt door de Sloan Digital Sky Survey (SDSS), hebben wetenschappers tot nu toe de meest nauwkeurige meting gedaan van de kosmische clustering van diffuus waterstofgas. Deze quasars - 100 keer meer dan in het verleden in dergelijke analyses zijn gebruikt - bevinden zich op afstanden van acht tot tien miljard lichtjaar, waardoor ze tot de verste objecten behoren die bekend zijn.
Gasdraden tussen de quasars en de aarde absorberen licht in de quasarspectra, waardoor onderzoekers de gasverdeling in kaart kunnen brengen en kunnen meten hoe klonterig het gas is op schalen van een miljoen lichtjaar. De mate van klontering van dit gas kan op zijn beurt fundamentele vragen beantwoorden, zoals of neutrino's massa hebben en wat de aard van donkere energie is, waarvan wordt verondersteld dat ze de versnelde uitdijing van het universum aansturen.
'Wetenschappers hebben de clustering van sterrenstelsels al lang bestudeerd om meer te weten te komen over de kosmologie', legt Uros Seljak van de Princeton University, een van de SDSS-onderzoekers, uit. “De fysica van de vorming en clustering van sterrenstelsels is echter erg ingewikkeld. Vooral omdat het grootste deel van de massa van het universum uit donkere materie bestaat, ontstaat een onzekerheid door ons gebrek aan begrip van de relatie tussen de verdeling van sterrenstelsels (die we zien) en de donkere materie (die we niet kunnen zien) maar de kosmologische modellen voorspellen). ” De gasfilamenten die in de quasarspectra worden gezien, worden vermoedelijk net als de donkere materie verspreid, waardoor deze bron van onzekerheid wordt weggenomen.
"We weten al jaren dat quasarspectra een uniek hulpmiddel zijn voor het bestuderen van de verspreiding van donkere materie in het vroege heelal, maar de kwantiteit en kwaliteit van de SDSS-gegevens hebben die visie werkelijkheid gemaakt", zegt David Weinberg van de Ohio State University , een lid van het SDSS-team. "Het is verbazingwekkend dat we 10 miljard jaar geleden zoveel kunnen leren over de structuur van het universum."
Seljak en zijn medewerkers aan de SDSS combineerden de analyse van de quasarspectra met metingen van clustering van sterrenstelsels, gravitatielensvorming en rimpelingen in de kosmische microgolfachtergrond waargenomen door NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Dit geeft tot nu toe de beste bepaling van de clustering van materie in het universum van schalen van een miljoen lichtjaar tot vele miljarden lichtjaren. Deze uitgebreide weergave maakt een gedetailleerde vergelijking mogelijk met theoretische modellen voor de geschiedenis en onderdelen van het universum.
“Dit is de meest rigoureuze test tot nu toe van de voorspellingen van het kosmologische inflatiemodel; de inflatie gaat met vlag en wimpel voorbij ', voegde Seljak toe.
De inflatoire theorie stelt dat het universum vlak na de oerknal een periode van extreem snelle acceleratie onderging, waarbij kleine fluctuaties in ruimte-tijd werden omgezet in astronomische rimpels, die uiteindelijk waarneembaar waren in het samenklonteren van astronomische objecten. De inflatietheorie voorspelt een zeer specifieke afhankelijkheid van de mate van clustering met schaal, die de huidige analyse sterk ondersteunt. Andere scenario's, zoals de cyclische universumtheorie, maken zeer vergelijkbare voorspellingen en zijn ook in overeenstemming met de laatste resultaten.
Vroege analyses door het WMAP-team en anderen hadden gezinspeeld op afwijkingen in kosmische clustering van de voorspelling van inflatie. Indien correct, zou dit een ingrijpende herziening van het huidige paradigma voor de oorsprong van de structuur in het universum vereisen.
"De nieuwe gegevens en de bijbehorende analyse verbeteren de observatieprecisie van deze test aanzienlijk", zegt Patrick McDonald van de Princeton University en een van de auteurs van de bevinding. "De nieuwe resultaten komen nagenoeg perfect overeen met de inflatie."
"De clustering van materie is een nauwkeurige en krachtige test van kosmologische modellen, en de huidige analyse komt overeen met en breidt onze eerdere studies uit", beaamde Adrian Pope van de Johns Hopkins University, die een eerdere analyse van de clustering van SDSS-sterrenstelsels leidde. .
De nieuwe analyse geeft ook de beste informatie over de massa van de neutrino. Terrestrische experimenten - resulterend in de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2002 - hebben definitief aangetoond dat neutrino's massa hebben, maar deze experimenten konden alleen het verschil in massa meten tussen de drie verschillende soorten neutrino's die bekend zijn. De aanwezigheid van neutrino's zou van invloed zijn op de kosmische clustering op schalen van miljoenen lichtjaar, precies de schalen die zijn onderzocht met de quasarspectra.
De nieuwe analyse suggereert dat de lichtste neutrinomassa minder moet zijn dan tweemaal het eerder gemeten massaverschil. De nieuwe metingen elimineren ook de mogelijkheid van een extra massieve neutrinofamilie die door sommige terrestrische experimenten wordt gesuggereerd.
"Kosmologie, de wetenschap van de zeer grote, kan ons vertellen over de eigenschappen van fundamentele deeltjes, zoals neutrino's", zegt Lam Hui van het Fermi National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse ministerie van energie, die een onafhankelijke analyse van deze heeft uitgevoerd. gegevens, samen met Scott Burles van MIT en anderen.
De nieuwe analyse biedt ook verdere ondersteuning voor het bestaan van donkere energie en suggereert dat donkere energie in de tijd onveranderlijk is. Deze analyse biedt de beste limieten voor de tijdevolutie tot nu toe.
"Tot dusver is er geen bewijs van donkere energie die in de tijd verandert, en de mogelijkheid dat het universum in de toekomst door een grote scheur zal worden verscheurd, wordt aanzienlijk verminderd door deze nieuwe resultaten", zegt Alexey Makarov van Princeton University, die ook deel aan dit onderzoek.
Oorspronkelijke bron: SDSS News Release
