Als het om nauwkeurigheid gaat, streeft iedereen naar honderd procent, maar het meten van kosmische afstanden laat wat meer aan het toeval over. Enkele dagen geleden hebben onderzoekers van de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) aan de wereld aangekondigd dat ze de afstand tot sterrenstelsels op meer dan zes miljard lichtjaar afstand hebben kunnen meten tot een betrouwbaarheidsniveau van slechts één procent. Als deze aankondiging niet opwindend lijkt, bedenk dan wat het betekent voor andere onderzoeken. Deze nieuwe metingen geven een parameter aan de eigenschappen van de alomtegenwoordige "donkere energie" - de bron van universele expansie.
"Er zijn niet veel dingen in ons dagelijks leven die we tot op één procent nauwkeurig weten", zegt David Schlegel, natuurkundige bij het Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) en de hoofdonderzoeker van BOSS. 'Ik ken de omvang van het universum nu beter dan ik de grootte van mijn huis ken.'
De bevindingen van het onderzoeksteam werden tijdens de bijeenkomst van de American Astronomical Society gepresenteerd door Harvard University-astronoom Daniel Eisenstein, de directeur van Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), de wereldwijde organisatie die BOSS omvat. Ze worden gedetailleerd beschreven in een reeks artikelen die vorige maand door de BOSS-samenwerking aan tijdschriften zijn voorgelegd en die nu allemaal beschikbaar zijn als online preprints.
"Afstand bepalen is een fundamentele uitdaging van de astronomie", zegt Eisenstein. 'Je ziet iets in de lucht - hoe ver is het? Als je eenmaal weet hoe ver het is, is het ineens veel gemakkelijker om erover te leren. '
Als het gaat om het meten van afstanden in de ruimte, hebben astronomen veel methoden gebruikt. Het meten van afstanden tot planeten is bereikt met behulp van radar, maar het heeft zijn beperkingen en verder de ruimte in gaan betekent een minder directe methode. Hoewel is bewezen dat ze verbazingwekkend nauwkeurig zijn, is er nog steeds een onzekerheidsfactor - een factor die wordt uitgedrukt als percentage. Als u bijvoorbeeld de afstand van een object op 200 mijl afstand tot binnen een werkelijke waarde van 2 mijl zou meten, dan heeft u gemeten met een nauwkeurigheid van 1%. Kosmisch gesproken zijn slechts een paar honderd sterren en een handvol sterrenhopen eigenlijk dichtbij genoeg om hun afstanden zo nauwkeurig te voorspellen. Ze bevinden zich in de Melkweg en zijn slechts een paar duizend lichtjaar verwijderd. BOSS gaat tot het uiterste ... zijn metingen gaan ver voorbij onze galactische grenzen, meer dan een miljoen keer verder, en brengen het heelal in kaart met een ongeëvenaarde nauwkeurigheid.
Dankzij deze nieuwe, zeer nauwkeurige afstandsmetingen boeken BOSS-astronomen vooruitgang op het gebied van donkere energie. "We begrijpen nog niet wat donkere energie is," legde Eisenstein uit, "maar we kunnen de eigenschappen ervan meten. Vervolgens vergelijken we die waarden met wat we ervan verwachten, gezien ons huidige begrip van het universum. Hoe beter onze metingen, hoe meer we kunnen leren. '
Hoe is het precies gedaan? Een meting van één procent bereiken op zes miljard lichtjaar is niet zo eenvoudig als het meten van een zonnestelselobject, of zelfs maar een object in ons sterrenstelsel. Dat is waar de BOSS in het spel komt. Het is het grootste van de vier projecten die deel uitmaken van de Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) en is gebouwd om te profiteren van deze techniek: het meten van de zogenaamde "baryon akoestische oscillaties" (BAO's), subtiele periodieke rimpelingen in de verdeling van sterrenstelsels in de kosmos. Deze rimpelingen zijn het kenmerk van drukgolven die ooit door het vroege heelal trokken in een tijd dat de zaken zo heet en dicht waren dat fotonen samen met baryons marcheerden - het spul dat de atoomkernen creëert. Aangezien de grootte van de rimpel bekend is, kan die grootte nu worden gemeten door sterrenstelsels in kaart te brengen.
"Met deze metingen van sterrenstelsels heeft de natuur ons een prachtige liniaal gegeven", zegt Ashley Ross, een astronoom van de University of Portsmouth. “De liniaal is namelijk een half miljard lichtjaar lang, dus we kunnen hem gebruiken om afstanden nauwkeurig te meten, zelfs van heel ver weg.
Met behulp van zijn gespecialiseerde instrumenten die gedetailleerde metingen van duizend sterrenstelsels tegelijk kunnen uitvoeren, ging BOSS een enorme uitdaging aan: de locatie van meer dan een miljoen sterrenstelsels in kaart brengen. "Op een heldere nacht waarin alles perfect verloopt, kunnen we meer dan 8000 sterrenstelsels en quasars aan de kaart toevoegen", zegt Kaike Pan, die het team van waarnemers leidt bij de SDSS-III's Sloan Foundation 2,5-meter telescoop bij Apache Point Observatory in New Mexico.
Hoewel het BOSS-onderzoeksteam een jaar geleden zijn vroege melkwegkaarten presenteerde en met BAO-metingen begon, beslaan deze nieuwe gegevens twee keer zoveel territorium en geven ze een nog nauwkeurigere meting - inclusief die van nabijgelegen sterrenstelsels. "Door deze metingen op twee verschillende afstanden uit te voeren, kunnen we zien hoe de uitdijing van het heelal in de loop van de tijd is veranderd, wat ons zal helpen begrijpen waarom het versnelt", legt Rita Tojeiro, astronoom van de Universiteit van Portsmouth, mede-voorzitter van de BOSS-melkwegclustering uit. werkgroep samen met Jeremy Tinker van de New York University.
Mariana Vargas-Magana, een postdoctoraal onderzoeker aan de Carnegie Mellon University, doet ook een soortgelijk onderzoek. Om nog meer nauwkeurigheid mogelijk te maken, onderzoekt ze subtiele effecten die de BOSS-metingen kunnen beïnvloeden. "Als je één procent probeert te bereiken, moet je paranoïde zijn over alles wat zelfs maar enigszins fout kan gaan", zegt Vargas-Magana - kleine verschillen in de manier waarop sterrenstelsels werden geïdentificeerd, hadden bijvoorbeeld de hele meting van hun verspreiding, dus verschillende delen van de lucht moesten zorgvuldig worden gecontroleerd. 'Gelukkig', zei Vargas-Magana, 'zijn er genoeg zorgvuldige mensen in ons team om onze aannames te controleren. Tegen de tijd dat ze allemaal tevreden zijn, weten we zeker dat we niets hebben gemist. "
Vanaf nu lijken deze nieuwe BOSS-bevindingen consistent te zijn met wat we beschouwen als een vorm van donkere energie - een constante die door de geschiedenis van het heelal wordt gevonden. Volgens het persbericht is deze 'kosmologische constante' een van de slechts zes getallen die nodig zijn om een model te creëren dat samenvalt met de schaal en structuur van het heelal. Schlegel vergelijkt dit zescijferige model met een ruit, die op zijn plaats is vastgezet met bouten die verschillende metingen van de geschiedenis van het heelal vertegenwoordigen. "BOSS heeft nu een van de strakste van die bouten en we hebben hem nog maar een halve slag gegeven", zei Schlegel. "Elke keer dat je de spanning verhoogt en het glas niet breekt, is dat een succes van het model."
Oorspronkelijke verhaalbron: Sloan Digital Sky Survey III News Release. Voor meer informatie: Max Planck Institute News Release.
