Er zijn holtes in het universum en we kunnen ze niet goed zien. En dat is een goede zaak.
Deze holtes - gigantische, onregelmatige gaten in de ruimte die leeg zijn van sterrenstelsels - bevinden zich overal in de kosmos. Maar omdat ze leeg zijn, kunnen astronomen ze niet rechtstreeks observeren. In plaats daarvan zien ze ze door sterrenstelsels in de ruimte in kaart te brengen en vervolgens de gebieden tussen deze gebieden te markeren. Vanuit ons perspectief op aarde zien al die lege ruimtes er echter vervormd uit.
Deze gebieden lijken op sommige plaatsen uitgerekt en op andere geperst. Dat is een gevolg van "roodverschuiving" van sterrenstelsels aan hun grenzen, een visuele vervorming veroorzaakt door de beweging van deze systemen: als ze zich van de kijker verwijderen (aardbewoners, in dit geval), lijken de golflengten van de sterrenstelsels uit te rekken en worden ze roder ; degenen die naar ons toe komen, zouden er blauwer uitzien naarmate hun golflengte korter wordt. Donkere energie is de naam die astronomen hebben gegeven aan een onzichtbare kracht die ons heelal strekt en ervoor zorgt dat sterrenstelsels van elkaar weg bewegen.
Die vervorming blijkt een goede zaak te zijn, volgens een paper die op 9 juli in het tijdschrift Physical Review D is gepubliceerd. Tot nu toe vertrouwden onderzoekers op nauwkeurige metingen van de roodverschuivingen van individuele sterrenstelsels om erachter te komen hoe snel het universum uitdijt, en op zijn beurt hoeveel donkere energie er aanwezig is om die expansie aan te drijven. Maar het meten van de vervormingen van holtes blijkt een veel nauwkeurigere techniek te zijn, waardoor de onderzoekers die uitbreiding nog verder kunnen verkleinen.
'Wat we eigenlijk meten, is de vervorming in de posities van sterrenstelsels rond lege gebieden', zegt Seshadri Nadathur, onderzoeker aan de University of Portsmouth in het Verenigd Koninkrijk, en hoofdauteur van de paper. "Het leuke van lege ruimtes is dat het gebieden in de ruimte zijn waar we heel nauwkeurig melkwegbewegingen kunnen modelleren."
Dat komt omdat de wiskunde die nodig is om de bewegingen van sterrenstelsels nauwkeurig te bepalen een stuk eenvoudiger wordt in deze holtes, vertelde Nadathur aan WordsSideKick.com. (In dit geval bestudeerde het onderzoeksteam lege ruimtes op ongeveer 5,5 miljard lichtjaar van de aarde.)
"Sterrenstelsels bewegen omdat de zwaartekracht ze naar gebieden met overtollige materie trekt, en het probleem is over het algemeen dat onze theorie van de zwaartekracht - de algemene relativiteitstheorie van Einstein - erg complex is en dat de vergelijkingen moeilijk precies op te lossen zijn", zei hij. "Dus in de kosmologie gebruiken we meestal benaderingen - bekend als 'verstoringsleer' - om het probleem traceerbaar te maken. Deze verstoringsleer werkt veel beter in lege gebieden dan in gebieden waar veel materie is, dus onze voorspellingen zijn eenvoudiger te maken en veel nauwkeuriger in lege ruimtes. "
Het resultaat van die toegevoegde nauwkeurigheid is dat wetenschappers, met behulp van de techniek die in dit artikel is gepionierd, veel nauwkeurigere schattingen kunnen maken van de expansiesnelheid van het heelal, en beter kunnen bevestigen dat waargenomen expansiesnelheden overeenkomen met de voorkeurstheorieën van astronomen waarom de expansie is aan het gebeuren . Het nieuwe resultaat beperkt ook de reikwijdte van enkele alternatieve theorieën die daar rondzweven. De vorige beste metingen van galactische beweging deden dit ook allemaal, maar ongeveer vier keer minder goed, volgens Nadathur.
Die eerdere beste metingen van de roodverschuivingen van galactische holtes kwamen uit een studie van de lucht, de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Deze meting van leegte-vervorming was ook afhankelijk van BOSS-gegevens, maar verbeterde de conclusies enorm door deze nieuwe analysetechniek toe te passen op de gegevens van BOSS.
De verbeterde meting van de uitdijing van het universum kwam overeen met bestaande theorieën over hoe donkere energie in het universum werkt, schreven de onderzoekers in de paper: dat we in een "plat" universum leven met constante donkere energie die de uitdijing ervan aandrijft. "Door onze resultaten samen te voegen met die van de BAO-techniek, kunnen we een veel betere meting krijgen van het kosmische expansiepercentage 5,5 miljard jaar geleden," zei Nadathur. 'En dit is op zijn beurt erg belangrijk omdat het ons vertelt wat donkere energie in die tijd heeft gedaan, evenals andere dingen zoals de kromming van de ruimte - dat is wat ons kosmologen enthousiast maakt.'
De onderzoekers wezen er in het artikel ook op dat er verschillende aankomende pogingen zijn om de lucht nauwkeuriger te scannen dan BOSS, om donkere energie nog beter te begrijpen. Deze zelfde techniek, schreven de onderzoekers, zou de precisie van die onderzoeken ook enorm moeten verbeteren.
