Afbeelding tegoed: SDSS
Sinds de ontdekking enkele jaren geleden van een mysterieuze kracht, genaamd donkere energie, die het universum lijkt te versnellen, zijn astronomen op zoek naar aanvullend bewijs om deze theorie te ondersteunen of te ontkrachten. Astronomen van de Sloan Digital Sky Survey hebben fluctuaties in kosmische achtergrondstraling gevonden die overeenkomen met de afstotende invloed van donkere energie.
Wetenschappers van de Sloan Digital Sky Survey kondigden de ontdekking aan van onafhankelijk fysiek bewijs voor het bestaan van donkere energie.
De onderzoekers vonden een afdruk van donkere energie door miljoenen sterrenstelsels te correleren in de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) en kosmische microgolf-achtergrondtemperatuurkaarten van NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). De onderzoekers vonden de 'schaduw' van donkere energie op de oude kosmische straling, een overblijfsel van gekoelde straling van de oerknal.
Met de combinatie van resultaten van deze twee grote hemelonderzoeken levert deze ontdekking fysiek bewijs voor het bestaan van donkere energie; een resultaat dat een aanvulling vormt op eerder werk over de versnelling van het heelal, gemeten aan de hand van verre supernova's. Waarnemingen van de ballonwaarnemingen van millimetrische extragalactische straling en geofysica (BOOMERANG) van kosmische microgolfachtergrond (CMB) maakten ook deel uit van de eerdere bevindingen.
Donkere energie, een belangrijk onderdeel van het universum en een van de grootste raadsels in de wetenschap, is eerder zwaartekracht afstotend dan aantrekkelijk. Dit zorgt ervoor dat de uitdijing van het universum versnelt, in tegenstelling tot de aantrekkingskracht van gewone (en donkere) materie, waardoor het zou vertragen.
"In een plat universum treedt het effect dat we waarnemen alleen op als je een universum met donkere energie hebt", legt hoofdonderzoeker Dr. Ryan Scranton van de afdeling Fysica en Astronomie van de Universiteit van Pittsburgh uit. "Als het universum gewoon uit materie bestond en nog steeds plat was, zou dit effect niet bestaan."
“Als fotonen van de kosmische microgolfachtergrond (CMB) vanaf 380.000 jaar na de oerknal naar ons toe reizen, kunnen ze een aantal fysieke processen ervaren, waaronder het geïntegreerde Sachs-Wolfe-effect. Dit effect is een afdruk of schaduw van donkere energie op microgolven. Het effect meet ook de temperatuurveranderingen van de kosmische achtergrond van de microgolf als gevolg van de effecten van de zwaartekracht op de energie van fotonen ”, voegde Scranton eraan toe.
De ontdekking is "een fysieke detectie van donkere energie, en zeer complementair met andere detecties van donkere energie", voegt Dr. Bob Nichol, een SDSS-medewerker en universitair hoofddocent natuurkunde aan de Carnegie Mellon University in Pittsburgh, toe. Nichol vergeleek het Integrated Sachs-Wolfe-effect met het kijken naar een persoon die voor een zonnig raam staat: 'Je ziet alleen hun omtrek en kunt ze herkennen aan alleen deze informatie. Evenzo heeft het signaal dat we zien de juiste omtrek (of schaduw) die we zouden verwachten voor donkere energie, "zei Nichol.
"In het bijzonder is de kleur van het signaal hetzelfde als de kleur van de kosmische microgolfachtergrond, wat bewijst dat het een kosmologische oorsprong heeft en geen vervelende vervuiling", voegde Nichol toe.
“Dit werk geeft fysieke bevestiging dat je donkere energie nodig hebt om tegelijkertijd de CMB- en SDSS-gegevens uit te leggen, onafhankelijk van het supernova-werk. Dergelijke kruiscontroles zijn van vitaal belang in de wetenschap ”, voegt Jim Gunn, projectwetenschapper van de SDSS en hoogleraar astronomie aan de Princeton University, toe.
Dr. Andrew Connolly van de Universiteit van Pittsburgh legde uit dat fotonen die van de kosmische microgolfachtergrond stromen, door vele concentraties van sterrenstelsels en donkere materie gaan. Als ze in een zwaartekrachtbron vallen, winnen ze energie (net als een bal die van een heuvel af rolt). Als ze naar buiten komen, verliezen ze energie (opnieuw als een bal die een heuvel oprolt). Fotografische afbeeldingen van de microgolven worden blauwer (d.w.z. energieker) als ze in de richting van deze superclusterconcentraties vallen en worden dan roder (d.w.z. minder energetisch) als ze eraf klimmen.
“In een universum dat voornamelijk uit normale materie bestaat, zou je verwachten dat het netto-effect van de rode en blauwe verschuivingen zou verdwijnen. In de afgelopen jaren zien we echter dat de meeste dingen in ons universum abnormaal zijn, omdat het zwaartekracht afstotend is in plaats van zwaartekracht aantrekkelijk ”, legt Albert Stebbins uit, een wetenschapper bij het NASA / Fermilab Astrophysics Center Fermi National Accelerator Laboratory, een SDSS-samenwerkingsbedrijf instelling. 'Dit abnormale spul noemen we donkere energie.'
SDSS-medewerker Connolly zei dat als de diepte van de zwaartekrachtput afneemt terwijl het foton er doorheen reist, het foton met iets meer energie zou vertrekken. 'Als dit waar zou zijn, zouden we verwachten dat de kosmische achtergrondtemperatuur van de microgolf iets hoger is in regio's met meer sterrenstelsels. Dit is precies wat we hebben gevonden. '
Stebbins voegde eraan toe dat de verwachte netto-energieverandering van een enkele massaconcentratie minder is dan een deel van een miljoen en dat onderzoekers naar een groot aantal sterrenstelsels moesten kijken voordat ze het effect konden zien. Hij zei dat de resultaten bevestigen dat donkere energie bestaat in relatief kleine massaconcentraties: slechts 100 miljoen lichtjaar in doorsnede waar de eerder waargenomen effecten donkere energie op een schaal van 10 miljard lichtjaar in doorsnede waren. Een uniek aspect van de SDSS-gegevens is het vermogen om de afstanden tot alle sterrenstelsels nauwkeurig te meten door fotografische analyse van hun fotometrische roodverschuivingen. "Daarom kunnen we zien dat de indruk van dit effect op de CMB groeit als een functie van de leeftijd van het universum", zei Connolly. "Uiteindelijk kunnen we met dergelijke metingen misschien de aard van de donkere energie bepalen, al ligt dat in de toekomst."
“Om te concluderen dat er donkere energie bestaat, hoeven we alleen maar aan te nemen dat het universum niet gebogen is. Nadat de resultaten van de Wilkinson Microgolfanisotropie-sonde waren binnengekomen (in februari 2003), is dat een algemeen aanvaarde veronderstelling, 'legde Scranton uit. 'Dit is buitengewoon spannend. We wisten niet of we een signaal konden krijgen, dus hebben we veel tijd besteed aan het testen van de gegevens tegen besmetting door onze melkweg of andere bronnen. Het was buitengewoon bevredigend om de resultaten zo sterk te laten uitkomen als zij.
De ontdekkingen werden gedaan in 3.400 vierkante graden van de hemel, onderzocht door de SDSS.
"Deze combinatie van op de ruimte gebaseerde microgolf en op de grond gebaseerde optische gegevens gaven ons een nieuw venster naar de eigenschappen van donkere energie", zegt David Spergel, een kosmoloog aan de Princeton University en lid van het WMAP-wetenschapsteam. “Door WMAP- en SDSS-gegevens te combineren, hebben Scranton en zijn medewerkers aangetoond dat donkere energie, wat het ook is, iets is dat niet wordt aangetrokken door de zwaartekracht, zelfs niet op de grote schaal die wordt onderzocht door de Sloan Digital Sky Survey.
"Dit is een belangrijke hint voor natuurkundigen die de mysterieuze donkere energie proberen te begrijpen," voegde Spergel eraan toe.
Naast hoofdonderzoekers Scranton, Connolly, Nichol en Stebbins, heeft Istavan Szapudi van de Universiteit van Hawaï bijgedragen aan het onderzoek. Anderen die bij de analyse betrokken zijn, zijn Niayesh Afshordi van de Princeton University, Max Tegmark van de University of Pennsylvania en Daniel Eisenstein van de University of Arizona.
OVER DE SLOAN DIGITAL SKY SURVEY (SDSS)
De Sloan Digital Sky Survey (sdss.org) brengt een kwart van de hele hemel in detail in kaart en bepaalt de posities en de absolute helderheid van 100 miljoen hemellichamen. Het meet ook de afstanden tot meer dan een miljoen sterrenstelsels en quasars. Het Astrophysical Research Consortium (ARC) exploiteert het Apache Point Observatory, de locatie van de SDSS-telescopen.
SDSS is een gezamenlijk project van The University of Chicago, Fermilab, het Institute for Advanced Study, de Japan Participation Group, The Johns Hopkins University, het Los Alamos National Laboratory, het Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), het Max- Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, University of Pittsburgh, Princeton University, de United States Naval Observatory en de University of Washington.
De financiering voor het project is verstrekt door de Alfred P. Sloan Foundation, de deelnemende instellingen, de National Aeronautics and Space Administration, de National Science Foundation, het Amerikaanse Department of Energy, de Japanse Monbukagakusho en de Max Planck Society.
De WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY PROBE (WMAP) is een NASA-missie, gebouwd in samenwerking met Princeton University en het Goddard Space Flight Center om de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling, de restwarmte van de oerknal, te meten. De WMAP-missie onthult de omstandigheden zoals die in het vroege heelal bestonden door de eigenschappen van de kosmische achtergrondstraling van microgolven over de volle lucht te meten. (http://map.gsfc.nasa.gov)
Oorspronkelijke bron: SDSS News Release
