Afbeelding tegoed: SDSS
Astronomen van de Sloan Digital Sky Survey hebben gegevens verzameld om een nauwkeurige driedimensionale kaart te bouwen die de clusters van sterrenstelsels en donkere materie beschrijft. Het SDSS-team - 200 astronomen in 13 landen - heeft gemeten dat het heelal 70% donkere energie bevat (een mysterieuze kracht die sterrenstelsels uit elkaar stoot), 25% donkere materie en 5% normale materie.
Astronomen van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) hebben tot nu toe de meest nauwkeurige meting gedaan van de kosmische clustering van sterrenstelsels en donkere materie, en verfijnden ons begrip van de structuur en evolutie van het heelal.
"Vanaf het begin van het project eind jaren 80 was een van onze belangrijkste doelen een nauwkeurige meting van hoe sterrenstelsels clusteren onder invloed van zwaartekracht", legt Richard Kron, directeur van SDSS en professor aan The University of Chicago uit.
Woordvoerder van het SDSS-project, Michael Strauss van Princeton University en een van de hoofdauteurs van de nieuwe studie, legde uit dat: "Dit clusteringpatroon codeert informatie over zowel onzichtbare materie die aan de sterrenstelsels trekt als over de zaadschommelingen die uit de oerknal voortkwamen."
De bevindingen worden beschreven in twee artikelen die zijn ingediend bij het Astrophysical Journal en bij de Physical review D; ze zijn te vinden op de website over fysica preprint, www.arXiv.org, op 28 oktober.
KAARTSCHommelingen
Het toonaangevende kosmologische model roept een snelle expansie van de ruimte op die bekend staat als inflatie en die microscopisch kleine kwantumfluctuaties in de vurige nasleep van de oerknal op enorme schaal uitstrekte. Nadat de inflatie was beëindigd, zorgde de zwaartekracht ervoor dat deze zaadfluctuaties uitgroeiden tot de sterrenstelsels en de clusteringpatronen van sterrenstelsels die in de SDSS werden waargenomen.
Afbeeldingen van deze zaadfluctuaties werden in februari vrijgegeven door de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), die de fluctuaties in de relikwie-straling van het vroege heelal mat.
"We hebben de beste driedimensionale kaart van het heelal tot nu toe gemaakt, met meer dan 200.000 sterrenstelsels tot twee miljard lichtjaar van meer dan zes procent van de hemel", zei een andere hoofdauteur van het onderzoek, Michael Blanton van de New York University. De gravitatieclusteringpatronen op deze kaart onthullen de samenstelling van het heelal door de gravitatie-effecten ervan, en door hun metingen te combineren met die van WMAP, mat het SDSS-team de kosmische materie uit 70 procent donkere energie, 25 procent donkere materie en vijf procent gewone zaak.
De SDSS bestaat uit twee afzonderlijke onderzoeken in één: sterrenstelsels worden geïdentificeerd in 2D-beelden (rechts) en vervolgens wordt hun afstand bepaald vanaf hun spectrum om een 2 miljard lichtjaar diepe 3D-kaart (links) te creëren waar elk sterrenstelsel wordt weergegeven als een enkel punt, de kleur die de helderheid vertegenwoordigt - dit toont alleen die 66.976 van de 205.443 sterrenstelsels op de kaart die in de buurt van het vlak van de evenaar van de aarde liggen. (Klik voor hoge resolutie jpg, versie zonder lijnen.)
Ze ontdekten dat neutrino's geen belangrijk bestanddeel van de donkere materie konden zijn, en behoorden tot de sterkste beperkingen tot nu toe voor hun massa. Ten slotte bleek uit het SDSS-onderzoek dat de gegevens consistent zijn met de gedetailleerde voorspellingen van het inflatiemodel.
KOSMISCHE BEVESTIGING
Deze cijfers vormen een krachtige bevestiging van de cijfers die door het WMAP-team zijn gerapporteerd. De opname van de nieuwe SDSS-bevindingen helpt de meetnauwkeurigheid te verbeteren, meer dan de onzekerheden van WMAP over de kosmische materiedichtheid en over de Hubble-parameter (de kosmische uitzettingssnelheid) te halveren. Bovendien stemmen de nieuwe metingen goed overeen met de eerdere state-of-the-art resultaten die WMAP combineerden met het Anglo-Australische 2dF-roodverschuivingsonderzoek van sterrenstelsels.
"Verschillende sterrenstelsels, verschillende instrumenten, verschillende mensen en verschillende analyses - maar de resultaten zijn het eens", zegt Max Tegmark van de University of Pennsylvania, eerste auteur van de twee papers. "Buitengewone claims vereisen buitengewoon bewijs", zegt Tegmark, "maar we hebben nu buitengewoon bewijs voor donkere materie en donkere energie en moeten ze serieus nemen, hoe verontrustend ze ook lijken."
De nieuwe SDSS-resultaten (zwarte stippen) zijn de meest nauwkeurige metingen tot nu toe van hoe de dichtheid van het heelal van plaats tot plaats fluctueert op schalen van miljoenen lichtjaren. Deze en andere kosmologische metingen komen overeen met de theoretische voorspelling (blauwe curve) voor een heelal dat bestaat uit 5% atomen, 25% donkere materie en 70% donkere energie. Hoe groter de schaal waarop we gemiddeld zijn, hoe uniformer het heelal verschijnt. (Klik voor jpg met hoge resolutie, zonder franjes.)
"De echte uitdaging is nu om erachter te komen wat deze mysterieuze stoffen eigenlijk zijn", zei een andere auteur, David Weinberg van de Ohio State University.
SDSS GROOTSCHALIGE ONDERNEMING
De SDSS is het meest ambitieuze astronomische onderzoek dat ooit is uitgevoerd, met meer dan 200 astronomen bij 13 instellingen over de hele wereld.
"De SDSS zijn eigenlijk twee onderzoeken in één", legt projectwetenschapper James Gunn van de Princeton University uit. Op de meest ongerepte nachten gebruikt de SDSS een wide-field CCD-camera (gebouwd door Gunn en zijn team aan de Princeton University en Maki Sekiguchi van de Japan Participation Group) om foto's te maken van de nachtelijke hemel in vijf brede golfbanden met als doel het bepalen van de positie en absolute helderheid van meer dan 100 miljoen hemellichamen in een kwart van de hele hemel. Na voltooiing was de camera de grootste die ooit voor astronomische doeleinden is gebouwd en verzamelde hij gegevens met een snelheid van 37 gigabytes per uur.
Op nachten met maneschijn of milde bewolking wordt de beeldcamera vervangen door een paar spectrografen (gebouwd door Alan Uomoto en zijn team aan de Johns Hopkins University). Ze gebruiken optische vezels om spectra (en dus roodverschuivingen) van 608 objecten tegelijk te verkrijgen. In tegenstelling tot traditionele telescopen waarin nachten zijn verdeeld onder vele astronomen die een reeks wetenschappelijke programma's uitvoeren, is de speciale 2,5 m SDSS-telescoop van het Apache Point Observatory in New Mexico uitsluitend gewijd aan deze enquête, om elke heldere nacht vijf jaar lang te werken .
De eerste openbare gegevensversie van de SDSS, DR1 genaamd, bevatte ongeveer 15 miljoen sterrenstelsels, met roodverschuivingsafstandsmetingen voor meer dan 100.000 daarvan. Alle metingen die in de hier gerapporteerde bevindingen worden gebruikt, zouden deel uitmaken van de tweede gegevensversie, DR2, die begin 2004 beschikbaar zal worden gesteld aan de astronomische gemeenschap.
Strauss zei dat de SDSS halverwege nadert in haar doel om een miljoen melkweg- en quasar-roodverschuivingen te meten.
"De echte opwinding hier is dat ongelijksoortige bewijslijnen van de kosmische microgolfachtergrond (CMB), grootschalige structuur en andere kosmologische waarnemingen ons allemaal een consistent beeld geven van een universum dat wordt gedomineerd door donkere energie en donkere materie", zei Kevork Abazajian van het Fermi National Accelerator Laboratory en het Los Alamos National Laboratory.
Oorspronkelijke bron: Sloan Digital Sky Survey News Release
