Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Rachel Mandelbaum von der Carnegie Mellon University konnte die detaillierteste und umfassendste Karte der dreidimensionalen Verteilung von Materie im Universum erstellen und mithilfe von HSC-Daten (Hyper Suprime-Cam) den Bereich des menschlichen Wissens über Dunkle Energie erheblich erweitern. Die Studie wurde zur Veröffentlichung durch die Astronomical Society of Japan gesendet.
Das moderne Universum ist eine Sammlung verschiedener Orte. Während sich das Universum in den letzten 14 Milliarden Jahren erweitert hat, werden Galaxien und dunkle Materie ständig durch die Schwerkraft kombiniert, wodurch eine noch fragmentiertere Landschaft mit dichteren Materieklumpen und riesigen Hohlräumen entsteht.
Die Schwerkraft, die Materie zusammenhält, beeinflusst auch, wie wir astronomische Objekte beobachten können. Wenn Licht von fernen Galaxien zur Erde wandert, biegt die Anziehungskraft anderer Materie auf ihrem Weg, einschließlich dunkler Materie, das Licht. Infolgedessen sind die Bilder von Galaxien, die uns Teleskope zeigen, leicht verzerrt – ein Phänomen, das als schwache Gravitationslinse bezeichnet wird. Innerhalb dieser Verzerrungen gibt es eine große Menge an Informationen, ein Wissensspeicher für Wissenschaftler, die die Verteilung der Materie im Universum besser verstehen und eine Definition der Natur der Dunklen Energie finden möchten.
Die HSC-Karte, die auf Daten des japanischen Subaru-Teleskops in Hawaii basiert, ermöglichte es Forschern, die Gravitationsverzerrung in Bildern von etwa 10 Millionen Galaxien zu messen.
Das Subaru-Teleskop hat es Wissenschaftlern ermöglicht, Galaxien rechtzeitig viel besser wiederzusehen als in früheren Beobachtungen. Zum Beispiel ermöglichte die Observation Mission Dark Energy Survey die Analyse eines viel größeren Bereichs des Himmels mit einer ähnlichen Genauigkeit wie der HSC, deckte jedoch nur das nahe gelegene Universum ab. Obwohl das HSC eine engere Reichweite hat, ist seine Ansicht detaillierter, sodass Forscher schwächere Galaxien sehen und eine klarere Karte der Verteilung der Dunklen Materie erstellen können.
Das Forschungsteam verglich seine Karte mit den Schwankungen, die durch die Satellitenbeobachtungen der Planck-Weltraumbehörde aus den frühesten Tagen des Universums hervorgerufen wurden. Die HSC-Messungen waren etwas schlechter, stimmten aber statistisch immer noch mit Plancks Beobachtungen überein. Die Tatsache, dass HSC- und andere Studien mit laxen Linsen niedrigere Ergebnisse als Planck erzielen, wirft die spannende Frage auf, ob sich dunkle Energie tatsächlich wie Einsteins kosmologische Konstante in der wissenschaftlichen Gemeinschaft verhält.
“Unsere Karte gibt uns eine bessere Vorstellung davon, wie viel dunkle Energie vorhanden ist, und sagt uns etwas mehr über ihre Eigenschaften und wie sie die Expansion des Universums beschleunigt”, sagte Mandelbaum. 'HSC ist eine großartige Ergänzung zu anderen Beobachtungen. Das Kombinieren von Projektdaten wird ein mächtiges Werkzeug sein und es uns ermöglichen, viel mehr über die Natur der Dunklen Materie und der Dunklen Energie aufzudecken. '
Das Messen von Verzerrungen, die durch schwache Gravitationslinsen verursacht werden, ist keine leichte Aufgabe. Der Effekt ist recht gering und Verzerrungen in galaktischen Formen können auch durch die Atmosphäre, das Teleskop und den Detektor verursacht werden. Um genaue Ergebnisse zu erhalten, müssen Forscher wissen, dass sie nur die Auswirkungen schwacher Linsen messen.
Mandelbaum, außerordentlicher Professor für Physik und Mitglied des McWilliams Center for Cosmology an der Carnegie Mellon, ist Experte für die Kontrolle dieser externen Verzerrungen. Sie und ihr Team erstellten detaillierte Simulationen der HSC-Vermessungsdaten aus Bildern des Hubble-Weltraumteleskops. Mit diesen Modellen konnten sie Formkorrekturen auf die Galaxie anwenden, um Formverzerrungen zu beseitigen, die durch andere Effekte als Linsenbildung verursacht wurden.
Das vorgestellte Ergebnis ist das Ergebnis der Arbeit vom Beginn der Mission an. Wenn die HSC-Studie Daten über einen Zeitraum von fünf Jahren sammelt, wird sie noch mehr Informationen über das Verhalten der Dunklen Energie liefern sowie neue Daten über die Entwicklung von Galaxien und massiven Galaxienhaufen im Weltraum liefern, die die Untersuchung von Objekten wie Supernovae ermöglichen und unsere eigene Galaxie, die Milch, genauer untersuchen Weg.
