Bildnachweis: SDSS
Seit der Entdeckung einer mysteriösen Kraft namens Dunkle Energie vor einigen Jahren, die das Universum zu beschleunigen scheint, haben Astronomen nach zusätzlichen Beweisen gesucht, um diese Theorie entweder zu unterstützen oder zu ignorieren. Astronomen des Sloan Digital Sky Survey haben Schwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung festgestellt, die dem abstoßenden Einfluss der Dunklen Energie entsprechen.
Wissenschaftler der Sloan Digital Sky Survey kündigten die Entdeckung unabhängiger physikalischer Beweise für die Existenz dunkler Energie an.
Die Forscher fanden einen Abdruck dunkler Energie durch Korrelation von Millionen von Galaxien im Sloan Digital Sky Survey (SDSS) und in kosmischen Mikrowellen-Hintergrundtemperaturkarten von der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA. Die Forscher fanden den „Schatten“ der dunklen Energie auf der alten kosmischen Strahlung, einem Relikt gekühlter Strahlung vom Urknall.
Mit der Kombination der Ergebnisse dieser beiden großen Himmelsuntersuchungen liefert diese Entdeckung physikalische Beweise für die Existenz dunkler Energie; Ein Ergebnis, das frühere Arbeiten zur Beschleunigung des Universums, gemessen an entfernten Supernovae, ergänzt. Beobachtungen aus den Ballonbeobachtungen der millimetrischen extragalaktischen Strahlung und Geophysik (BOOMERANG) des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) waren ebenfalls Teil der früheren Ergebnisse.
Dunkle Energie, ein Hauptbestandteil des Universums und eines der größten Rätsel der Wissenschaft, ist eher gravitativ abstoßend als attraktiv. Dies führt dazu, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt, im Gegensatz zur Anziehungskraft gewöhnlicher (und dunkler) Materie, die es verlangsamen würde.
"In einem flachen Universum tritt der beobachtete Effekt nur auf, wenn Sie ein Universum mit dunkler Energie haben", erklärte der leitende Forscher Dr. Ryan Scranton von der Abteilung für Physik und Astronomie der Universität Pittsburgh. "Wenn das Universum nur aus Materie besteht und immer noch flach ist, würde dieser Effekt nicht existieren."
„Wenn Photonen aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) ab 380.000 Jahren nach dem Urknall zu uns gelangen, können sie eine Reihe physikalischer Prozesse erleben, darunter den integrierten Sachs-Wolfe-Effekt. Dieser Effekt ist ein Abdruck oder Schatten dunkler Energie auf Mikrowellen. Der Effekt misst auch die Temperaturänderungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds aufgrund der Auswirkungen der Schwerkraft auf die Energie von Photonen “, fügte Scranton hinzu.
Die Entdeckung ist „eine physikalische Detektion von Dunkler Energie und eine hervorragende Ergänzung zu anderen Detektionen von Dunkler Energie“, fügte Dr. Bob Nichol hinzu, SDSS-Mitarbeiter und außerordentlicher Professor für Physik an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh. Nichol verglich den integrierten Sachs-Wolfe-Effekt mit dem Blick auf eine Person, die vor einem sonnigen Fenster stand: „Sie sehen nur ihre Umrisse und können sie anhand dieser Informationen erkennen. Ebenso hat das Signal, das wir sehen, den richtigen Umriss (oder Schatten), den wir für dunkle Energie erwarten würden “, sagte Nichol.
"Insbesondere ist die Farbe des Signals dieselbe wie die Farbe des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, was beweist, dass es kosmologischen Ursprungs ist und keine störende Kontamination aufweist", fügte Nichol hinzu.
„Diese Arbeit liefert eine physikalische Bestätigung dafür, dass man dunkle Energie benötigt, um gleichzeitig die CMB- und SDSS-Daten zu erklären, unabhängig von der Supernovae-Arbeit. Solche Gegenprüfungen sind in der Wissenschaft von entscheidender Bedeutung “, fügte Jim Gunn, Projektwissenschaftler des SDSS und Professor für Astronomie an der Princeton University, hinzu.
Dr. Andrew Connolly von der University of Pittsburgh erklärte, dass Photonen, die aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund strömen, viele Konzentrationen von Galaxien und dunkler Materie passieren. Wenn sie in einen Gravitationsbrunnen fallen, gewinnen sie Energie (genau wie ein Ball, der einen Hügel hinunter rollt). Wenn sie herauskommen, verlieren sie Energie (wieder wie ein Ball, der einen Hügel hinauf rollt). Fotografische Bilder der Mikrowellen werden blauer (d. H. Energetischer), wenn sie in Richtung dieser Supercluster-Konzentrationen fallen, und werden dann roter (d. H. Weniger energetisch), wenn sie von ihnen wegklettern.
„In einem Universum, das hauptsächlich aus normaler Materie besteht, würde man erwarten, dass sich der Nettoeffekt der Rot- und Blauverschiebungen aufhebt. In den letzten Jahren haben wir jedoch festgestellt, dass die meisten Dinge in unserem Universum insofern abnormal sind, als sie eher gravitativ abstoßend als gravitativ attraktiv sind “, erklärte Albert Stebbins, Wissenschaftler am Fermi National Accelerator Laboratory der NASA / Fermilab Astrophysics Center, einem SDSS, das zusammenarbeitet Institution. "Dieses abnormale Zeug nennen wir dunkle Energie."
Connolly, ein SDSS-Mitarbeiter, sagte, wenn die Tiefe der Gravitationswanne abnimmt, während sich das Photon durch sie bewegt, würde das Photon mit etwas mehr Energie austreten. „Wenn dies wahr wäre, würden wir erwarten, dass die kosmische Mikrowellenhintergrundtemperatur in Regionen mit mehr Galaxien etwas heißer ist. Genau das haben wir gefunden. “
Stebbins fügte hinzu, dass die von einer einzelnen Massenkonzentration erwartete Nettoenergieänderung weniger als einen Teil von einer Million beträgt und die Forscher eine große Anzahl von Galaxien untersuchen mussten, bevor sie den Effekt erwarten konnten. Er sagte, dass die Ergebnisse bestätigen, dass dunkle Energie in relativ kleinen Massenkonzentrationen existiert: nur 100 Millionen Lichtjahre, wo die zuvor beobachteten Effekte dunkle Energie auf einer Skala von 10 Milliarden Lichtjahren lagen. Ein einzigartiger Aspekt der SDSS-Daten ist ihre Fähigkeit, die Abstände zu allen Galaxien aus der fotografischen Analyse ihrer photometrischen Rotverschiebungen genau zu messen. "Daher können wir beobachten, wie der Einfluss dieses Effekts auf die CMB in Abhängigkeit vom Alter des Universums zunimmt", sagte Connolly. "Möglicherweise können wir die Natur der dunklen Energie anhand solcher Messungen bestimmen, obwohl dies ein bisschen in der Zukunft liegt."
„Um zu dem Schluss zu kommen, dass dunkle Energie existiert, müssen wir nur annehmen, dass das Universum nicht gekrümmt ist. Nachdem die Ergebnisse der Wilkinson-Mikrowellenanisotropiesonde (im Februar 2003) eingegangen sind, ist dies eine allgemein akzeptierte Annahme “, erklärte Scranton. „Das ist sehr aufregend. Wir wussten nicht, ob wir ein Signal erhalten könnten, deshalb haben wir viel Zeit damit verbracht, die Daten auf Kontamination durch unsere Galaxie oder andere Quellen zu testen. Es war äußerst befriedigend, dass die Ergebnisse so stark waren wie sie. “
Die Entdeckungen wurden in 3.400 Quadratgrad des vom SDSS vermessenen Himmels gemacht.
"Diese Kombination aus weltraumgestützter Mikrowelle und bodengestützten optischen Daten gab uns dieses neue Fenster in die Eigenschaften der Dunklen Energie", sagte David Spergel, Kosmologe an der Princeton University und Mitglied des WMAP-Wissenschaftsteams. „Durch die Kombination von WMAP- und SDSS-Daten haben Scranton und seine Mitarbeiter gezeigt, dass dunkle Energie, was auch immer sie ist, selbst in den großen Maßstäben, die von der Sloan Digital Sky Survey untersucht wurden, nicht von der Schwerkraft angezogen wird.
"Dies ist ein wichtiger Hinweis für Physiker, die versuchen, die mysteriöse dunkle Energie zu verstehen", fügte Spergel hinzu.
Neben den Hauptermittlern Scranton, Connolly, Nichol und Stebbins trug Istavan Szapudi von der Universität von Hawaii zur Forschung bei. Weitere an der Analyse beteiligte Personen sind Niayesh Afshordi von der Princeton University, Max Tegmark von der University of Pennsylvania und Daniel Eisenstein von der University of Arizona.
ÜBER DIE SLOAN DIGITAL SKY SURVEY (SDSS)
Die Sloan Digital Sky Survey (sdss.org) wird ein Viertel des gesamten Himmels detailliert abbilden und die Positionen und die absolute Helligkeit von 100 Millionen Himmelsobjekten bestimmen. Es wird auch die Entfernungen zu mehr als einer Million Galaxien und Quasaren messen. Das Astrophysical Research Consortium (ARC) betreibt das Apache Point Observatory, Standort der SDSS-Teleskope.
SDSS ist ein Gemeinschaftsprojekt der University of Chicago, Fermilab, des Institute for Advanced Study, der Japan Participation Group, der Johns Hopkins University, des Los Alamos National Laboratory, des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA), des Max- Planck-Institut für Astrophysik (MPA), New Mexico State University, Universität Pittsburgh, Princeton University, United States Naval Observatory und University of Washington.
Das Projekt wurde von der Alfred P. Sloan Foundation, den teilnehmenden Institutionen, der National Aeronautics and Space Administration, der National Science Foundation, dem US-Energieministerium, dem japanischen Monbukagakusho und der Max-Planck-Gesellschaft finanziert.
Die WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY PROBE (WMAP) ist eine NASA-Mission, die in Zusammenarbeit mit der Princeton University und dem Goddard Space Flight Center entwickelt wurde, um die Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung, der Restwärme des Urknalls, zu messen. Die WMAP-Mission enthüllt die Bedingungen, wie sie im frühen Universum existierten, indem die Eigenschaften der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung über dem vollen Himmel gemessen werden. (http://map.gsfc.nasa.gov)
Originalquelle: SDSS-Pressemitteilung
