Es gibt Hohlräume im Universum, und wir können sie nicht richtig sehen. Und das ist gut so.
Diese Hohlräume - riesige, unregelmäßige Lücken im Weltraum, die frei von Galaxien sind - befinden sich überall im Kosmos. Aber weil sie leer sind, können Astronomen sie nicht direkt beobachten. Stattdessen erkennen sie sie, indem sie Galaxien über den Weltraum kartieren und dann die Bereiche zwischen diesen Bereichen markieren. Aus unserer Sicht auf der Erde sehen all diese Hohlräume jedoch verzerrt aus.
Diese Bereiche erscheinen an einigen Stellen gestreckt und an anderen gequetscht. Dies ist eine Folge der "Rotverschiebung" von Galaxien an ihren Grenzen, einer visuellen Verzerrung, die durch die Bewegung dieser Systeme verursacht wird: Wenn sie sich vom Betrachter entfernen (in diesem Fall Erdlinge), scheinen sich die Wellenlängen der Galaxien zu dehnen und werden roter ;; Diejenigen, die sich auf uns zubewegen, sehen blauer aus, wenn ihre Wellenlängen kürzer werden. Dunkle Energie ist der Name, den Astronomen einer unsichtbaren Kraft gegeben haben, die unser Universum ausdehnt und Galaxien dazu veranlasst, sich voneinander zu entfernen.
Diese Verzerrung erweist sich laut einem am 9. Juli in der Zeitschrift Physical Review D veröffentlichten Artikel als eine gute Sache. Bisher haben sich Forscher auf genaue Messungen der Rotverschiebungen einzelner Galaxien verlassen, um herauszufinden, wie schnell sich das Universum ausdehnt und wiederum, wie viel dunkle Energie vorhanden ist, um diese Expansion voranzutreiben. Das Messen der Verzerrungen von Hohlräumen stellt sich jedoch als viel präzisere Technik heraus, die es den Forschern ermöglicht, diese Ausdehnung noch weiter einzugrenzen.
"Was wir tatsächlich messen, ist die Verzerrung der Positionen von Galaxien um leere Regionen", sagte Seshadri Nadathur, Forscher an der Universität von Portsmouth in Großbritannien und Hauptautor des Papiers. "Das Coole an Hohlräumen ist, dass sie Regionen des Weltraums sind, um die wir Galaxienbewegungen sehr genau modellieren können."
Das liegt daran, dass die Mathematik, die benötigt wird, um die Bewegungen von Galaxien genau zu bestimmen, in diesen Hohlräumen viel einfacher wird, sagte Nadathur gegenüber Live Science. (In diesem Fall untersuchte das Forscherteam Hohlräume, die etwa 5,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind.)
"Galaxien bewegen sich aufgrund der Schwerkraft in Richtung überschüssiger Materie, und das Problem besteht im Allgemeinen darin, dass unsere Gravitationstheorie - Einsteins allgemeine Relativitätstheorie - sehr komplex ist und die Gleichungen schwer genau zu lösen sind", sagte er. "In der Kosmologie verwenden wir die meiste Zeit Approximationen - bekannt als 'Störungstheorie' -, um das Problem nachvollziehbar zu machen. Diese Störungstheorie funktioniert in leeren Regionen viel besser als in Regionen, in denen es viel Materie gibt Vorhersagen sind einfacher zu machen und in Hohlräumen viel genauer. "
Das Ergebnis dieser zusätzlichen Genauigkeit ist, dass Wissenschaftler mit der in diesem Artikel vorgestellten Technik die Expansionsrate des Universums viel genauer abschätzen und besser bestätigen können, dass die beobachteten Expansionsraten mit den bevorzugten Theorien der Astronomen übereinstimmen, warum die Expansion es passiert . Das neue Ergebnis schränkt auch den Umfang einiger alternativer Theorien weiter ein, die da draußen herumschwirren. Die bisher besten Messungen der galaktischen Bewegung haben dies alles auch getan, laut Nadathur jedoch etwa viermal weniger gut.
Diese früheren besten Messungen der Rotverschiebungen galaktischer Hohlräume stammten aus einer Untersuchung des Himmels, die als Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) bezeichnet wurde. Diese Messung der Hohlraumverzerrung stützte sich ebenfalls auf BOSS-Daten, verbesserte jedoch die Schlussfolgerungen, die diese neue Analysetechnik auf die Daten von BOSS anwendete, erheblich.
Die verbesserte Messung der Expansion des Universums entsprach den bestehenden Theorien darüber, wie dunkle Energie im Universum funktioniert, schrieben die Forscher in dem Artikel: Wir leben in einem "flachen" Universum, dessen Expansion durch konstante dunkle Energie vorangetrieben wird. "Indem wir unsere Ergebnisse mit denen der BAO-Technik zusammenstellen, können wir die kosmische Expansionsrate vor etwa 5,5 Milliarden Jahren viel besser messen", sagte Nadathur. "Und das wiederum ist sehr wichtig, weil es uns sagt, was dunkle Energie in dieser Zeit getan hat, sowie andere Dinge wie die Krümmung des Raums - was uns Kosmologen begeistert."
Die Forscher wiesen in dem Artikel auch darauf hin, dass es mehrere anstehende Versuche gibt, den Himmel genauer als BOSS abzutasten, um die Dunkle Energie noch besser zu verstehen. Dieselbe Technik, so die Forscher, dürfte auch die Präzision dieser Umfragen erheblich verbessern.
