Bildnachweis: SDSS
Astronomen des Sloan Digital Sky Survey haben Daten gesammelt, um eine präzise dreidimensionale Karte zu erstellen, die die Cluster von Galaxien und dunkler Materie detailliert beschreibt. Das SDSS-Team - 200 Astronomen in 13 Ländern - hat gemessen, dass das Universum 70% dunkle Energie (eine mysteriöse Kraft, die Galaxien abwehrt), 25% dunkle Materie und 5% normale Materie enthält.
Astronomen des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) haben die bislang genaueste Messung der kosmischen Anhäufung von Galaxien und dunkler Materie durchgeführt und unser Verständnis der Struktur und Entwicklung des Universums verfeinert.
"Von Beginn des Projekts in den späten 80ern an war eines unserer Hauptziele eine präzise Messung der Clusterbildung von Galaxien unter dem Einfluss der Schwerkraft", erklärte Richard Kron, Direktor von SDSS und Professor an der University of Chicago.
Der Sprecher des SDSS-Projekts, Michael Strauss von der Princeton University, und einer der Hauptautoren der neuen Studie erläuterten Folgendes: „Dieses Clustering-Muster codiert Informationen sowohl über unsichtbare Materie, die an den Galaxien zieht, als auch über die Samenschwankungen, die aus dem Urknall hervorgegangen sind.“
Die Ergebnisse sind in zwei Veröffentlichungen beschrieben, die dem Astrophysical Journal und der Physical Review D vorgelegt wurden. Sie finden sie am 28. Oktober auf der Website für Physik-Preprint unter www.arXiv.org.
MAPPING FLUCTUATIONS
Das führende kosmologische Modell ruft eine schnelle Expansion des Raums hervor, die als Inflation bekannt ist und die mikroskopischen Quantenfluktuationen in den feurigen Folgen des Urknalls auf enorme Größenordnungen ausdehnte. Nach dem Ende der Inflation ließ die Schwerkraft diese Samenschwankungen in die Galaxien und die im SDSS beobachteten Galaxienhaufenmuster wachsen.
Bilder dieser Samenschwankungen wurden im Februar von der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) veröffentlicht, mit der die Schwankungen der Reliktstrahlung aus dem frühen Universum gemessen wurden.
"Wir haben die bisher beste dreidimensionale Karte des Universums erstellt und über 200.000 Galaxien in einer Entfernung von bis zu zwei Milliarden Lichtjahren über sechs Prozent des Himmels kartiert", sagte ein anderer Hauptautor der Studie, Michael Blanton von der New York University. Die Gravitationsclustermuster in dieser Karte zeigen die Zusammensetzung des Universums anhand seiner Gravitationseffekte. Durch die Kombination ihrer Messungen mit denen von WMAP hat das SDSS-Team die kosmische Materie so gemessen, dass sie zu 70 Prozent aus dunkler Energie, zu 25 Prozent aus dunkler Materie und zu fünf Prozent aus dunkler Materie besteht gewöhnliche Materie.
Das SDSS besteht aus zwei separaten Vermessungen in einer: Galaxien werden in 2D-Bildern identifiziert (rechts) und ihre Entfernung aus ihrem Spektrum bestimmt, um eine 2 Milliarden Lichtjahre tiefe 3D-Karte (links) zu erstellen, in der jede Galaxie als einzelner Punkt dargestellt wird Farbe, die die Leuchtkraft darstellt - dies zeigt nur die 66.976 unserer 205.443 Galaxien auf der Karte, die in der Nähe der Ebene des Erdäquators liegen. (Klicken Sie für hochauflösendes JPG, Version ohne Linien.)
Sie fanden heraus, dass Neutrinos kein Hauptbestandteil der Dunklen Materie sein können, was zu den bislang stärksten Einschränkungen ihrer Masse zählt. Schließlich ergab die SDSS-Studie, dass die Daten mit den detaillierten Vorhersagen des Inflationsmodells übereinstimmen.
KOSMISCHE BESTÄTIGUNG
Diese Zahlen sind eine aussagekräftige Bestätigung der vom WMAP-Team gemeldeten Zahlen. Die Einbeziehung der neuen SDSS-Ergebnisse trägt zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei und halbiert die Unsicherheiten von WMAP hinsichtlich der Dichte der kosmischen Materie und des Hubble-Parameters (der kosmischen Expansionsrate). Darüber hinaus stimmen die neuen Messungen gut mit den bisherigen Ergebnissen überein, bei denen WMAP mit der anglo-australischen Rotverschiebungsuntersuchung der 2dF-Galaxie kombiniert wurde.
"Unterschiedliche Galaxien, unterschiedliche Instrumente, unterschiedliche Menschen und unterschiedliche Analysen - aber die Ergebnisse stimmen überein", sagt Max Tegmark von der University of Pennsylvania, Erstautor der beiden Artikel. "Außergewöhnliche Ansprüche erfordern außergewöhnliche Beweise", sagt Tegmark, "aber wir haben jetzt außergewöhnliche Beweise für dunkle Materie und dunkle Energie und müssen sie ernst nehmen, egal wie störend sie scheinen."
Die neuen SDSS-Ergebnisse (schwarze Punkte) sind die bislang genauesten Messungen, wie die Dichte des Universums auf Skalen von Millionen von Lichtjahren von Ort zu Ort schwankt. Diese und andere kosmologische Messungen stimmen mit der theoretischen Vorhersage (blaue Kurve) für ein Universum überein, das aus 5% Atomen, 25% dunkler Materie und 70% dunkler Energie besteht. Je größer die Skalen sind, über die wir den Durchschnitt bilden, desto einheitlicher erscheint das Universum. (Klicken Sie für hochauflösendes JPG, ohne Schnickschnack.)
"Die eigentliche Herausforderung besteht nun darin, herauszufinden, was diese mysteriösen Substanzen tatsächlich sind", sagte ein anderer Autor, David Weinberg von der Ohio State University.
SDSS GROSSES UNTERNEHMEN
Das SDSS ist mit mehr als 200 Astronomen an 13 Institutionen weltweit die ehrgeizigste astronomische Untersuchung, die jemals durchgeführt wurde.
"Das SDSS besteht eigentlich aus zwei Umfragen in einer", erklärte der Projektwissenschaftler James Gunn von der Princeton University. In den unberührtesten Nächten verwendet das SDSS eine Weitfeld-CCD-Kamera (gebaut von Gunn und seinem Team an der Princeton University und Maki Sekiguchi von der Japan Participation Group), um den Nachthimmel in fünf breiten Wellenbereichen zu fotografieren, um zu bestimmen die Position und absolute Helligkeit von mehr als 100 Millionen Himmelsobjekten in einem Viertel des gesamten Himmels. Nach Fertigstellung war die Kamera die größte, die jemals für astronomische Zwecke gebaut wurde. Sie sammelte Daten mit einer Geschwindigkeit von 37 Gigabyte pro Stunde.
In Nächten mit Mondschein oder milder Wolkendecke wird die Bildkamera durch ein Paar Spektrographen ersetzt (gebaut von Alan Uomoto und seinem Team an der Johns Hopkins University). Sie verwenden optische Fasern, um Spektren (und damit Rotverschiebungen) von jeweils 608 Objekten zu erhalten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Teleskopen, bei denen viele Astronomen, die eine Reihe wissenschaftlicher Programme durchführen, Nächte verbringen, ist das 2,5-Meter-SDSS-Spezialteleskop am Apache Point Observatory in New Mexico ausschließlich dieser Vermessung gewidmet, um fünf Jahre lang jede klare Nacht zu arbeiten .
Die erste öffentliche Datenveröffentlichung des SDSS mit dem Namen DR1 enthielt etwa 15 Millionen Galaxien mit Rotverschiebungsdistanzmessungen für mehr als 100.000 von ihnen. Alle Messungen, die in den hier gemeldeten Ergebnissen verwendet wurden, wären Teil der zweiten Datenveröffentlichung DR2, die der astronomischen Gemeinschaft Anfang 2004 zur Verfügung gestellt wird.
Strauss sagte, die SDSS nähere sich dem halben Punkt ihres Ziels, eine Million Galaxien- und Quasar-Rotverschiebungen zu messen.
"Die wirkliche Aufregung hier ist, dass unterschiedliche Beweislinien aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB), der großräumigen Struktur und anderen kosmologischen Beobachtungen uns alle ein konsistentes Bild eines Universums geben, das von dunkler Energie und dunkler Materie dominiert wird", sagte Kevork Abazajian des Fermi National Accelerator Laboratory und des Los Alamos National Laboratory.
Originalquelle: Pressemitteilung von Sloan Digital Sky Survey
