Het heelal breidt zich steeds sneller uit, en hoewel niemand zeker weet waarom, onderzoekers met de Dark Energy Survey (DES) hadden in ieder geval een strategie om het uit te zoeken:ze zouden metingen van de verdeling van materie combineren, sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels om beter te begrijpen wat er aan de hand is.

Dat doel bereiken bleek best lastig, maar nu een team onder leiding van onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy, Stanford University en de University of Arizona hebben een oplossing bedacht. Hun analyse, gepubliceerd op 6 april in Fysieke beoordelingsbrieven , geeft nauwkeurigere schattingen van de gemiddelde dichtheid van materie en de neiging om samen te klonteren - twee belangrijke parameters die natuurkundigen helpen de aard van donkere materie en donkere energie te onderzoeken, de mysterieuze substanties die de overgrote meerderheid van het universum vormen.

"Het is een van de beste beperkingen van een van de beste datasets tot nu toe, " zegt Chun-Hao To, een hoofdauteur van het nieuwe artikel en een afgestudeerde student aan SLAC en Stanford in samenwerking met Risa Wechsler, directeur van het Kavli Institute for Particle Astrophysics en Kosmologie.

Een vroeg doelpunt

Toen DES in 2013 begon om een ​​achtste van de lucht in kaart te brengen, het doel was om vier soorten gegevens te verzamelen:de afstanden tot bepaalde soorten supernova's, of exploderende sterren; de verdeling van materie in het universum; de verdeling van sterrenstelsels; en de verspreiding van clusters van sterrenstelsels. Elk vertelt onderzoekers iets over hoe het universum in de loop van de tijd is geëvolueerd.

Ideaal, wetenschappers zouden alle vier de gegevensbronnen samenvoegen om hun schattingen te verbeteren, maar er is een addertje onder het gras:de verdelingen van materie, sterrenstelsels, en clusters van sterrenstelsels zijn allemaal nauw verwant. Als onderzoekers geen rekening houden met deze relaties, ze zullen eindigen met "dubbel tellen, " teveel gewicht hechten aan sommige gegevens en te weinig aan andere, Om zegt.

Om te voorkomen dat al deze informatie verkeerd wordt gebruikt, De astrofysicus Elisabeth Krause en collega's van de Universiteit van Arizona hebben een nieuw model ontwikkeld dat de verbanden in de verdelingen van alle drie de grootheden goed kan verklaren:materie, sterrenstelsels, en melkwegclusters. Daarbij, ze waren in staat om de allereerste analyse ooit te maken om al deze ongelijksoortige datasets op de juiste manier te combineren om meer te weten te komen over donkere materie en donkere energie.

Schattingen verbeteren

Het toevoegen van dat model aan de DES-analyse heeft twee effecten, Om zegt. Eerst, metingen van de verdelingen van materie, sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels hebben de neiging om verschillende soorten fouten te introduceren. Door alle drie de metingen te combineren, is het gemakkelijker om dergelijke fouten te identificeren, de analyse robuuster te maken. Tweede, de drie metingen verschillen in hoe gevoelig ze zijn voor de gemiddelde dichtheid van materie en de klonterigheid ervan. Als resultaat, het combineren van alle drie kan de precisie verbeteren waarmee de DES donkere materie en donkere energie kan meten.

In de nieuwe krant Tot, Krause en collega's pasten hun nieuwe methoden toe op het eerste jaar van DES-gegevens en verscherpten de precisie van eerdere schattingen voor de dichtheid en klonterigheid van de materie.

Nu het team materie kan opnemen, sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels tegelijkertijd in hun analyse, het toevoegen van supernovagegevens zal relatief eenvoudig zijn, aangezien dat soort gegevens niet zo nauw verwant is met de andere drie, Om zegt.

"De onmiddellijke volgende stap, " hij zegt, "is om de machine toe te passen op DES Jaar 3-gegevens, die een drie keer grotere dekking van de lucht heeft." Dit is niet zo eenvoudig als het klinkt:hoewel het basisidee hetzelfde is, de nieuwe gegevens zullen extra inspanningen vergen om het model te verbeteren om gelijke tred te houden met de hogere kwaliteit van de nieuwere gegevens, Om zegt.

"Deze analyse is echt spannend, " zei Wechsler. "Ik verwacht dat het een nieuwe standaard zal zetten in de manier waarop we gegevens kunnen analyseren en leren over donkere energie van grote onderzoeken, niet alleen voor DES, maar we kijken ook uit naar de ongelooflijke gegevens die we over een paar jaar zullen krijgen van de Legacy Survey of Space and Time van het Vera Rubin Observatory."