Vandaag, een internationale groep onderzoekers, waaronder Rachel Mandelbaum van Carnegie Mellon University, heeft de diepste breedveldkaart van de driedimensionale verdeling van materie in het universum ooit gemaakt en de precisie van beperkingen voor donkere energie vergroot met de Hyper Suprime-Cam-survey (HSC).

Het huidige universum is een behoorlijk klonterige plek. Naarmate het universum de afgelopen 14 miljard jaar is uitgebreid, sterrenstelsels en donkere materie worden steeds meer naar elkaar toegetrokken door de zwaartekracht, het creëren van een klonterig landschap met grote aggregaten van materie gescheiden door holtes waar weinig of geen materie is.

De zwaartekracht die materie samentrekt, heeft ook invloed op hoe we astronomische objecten observeren. Terwijl licht van verre sterrenstelsels naar de aarde reist, de aantrekkingskracht van de andere materie op zijn pad, inclusief donkere materie, buigt het licht. Als resultaat, de beelden van sterrenstelsels die telescopen zien zijn enigszins vervormd, een fenomeen dat zwakke zwaartekrachtlens wordt genoemd. Binnen die vervormingen zit een grote hoeveelheid informatie die onderzoekers kunnen ontginnen om de verdeling van materie in het universum beter te begrijpen, en het geeft aanwijzingen voor de aard van donkere energie.

De HSC-kaart, gemaakt op basis van gegevens verzameld door de Japanse Subaru-telescoop op Hawaï, stelden onderzoekers in staat om de zwaartekrachtvervorming te meten in afbeeldingen van ongeveer 10 miljoen sterrenstelsels.

Met de Subaru-telescoop konden ze de sterrenstelsels verder terug in de tijd zien dan bij andere vergelijkbare onderzoeken. Bijvoorbeeld, de Dark Energy Survey analyseert een veel groter gebied van de lucht met een vergelijkbaar precisieniveau als HSC, maar onderzoekt alleen het nabijgelegen heelal. HSC neemt een smallere, maar dieper zicht, waardoor onderzoekers zwakkere sterrenstelsels konden zien en een scherpere kaart van de distributie van donkere materie konden maken.

Het onderzoeksteam vergeleek hun kaart met de fluctuaties die waren voorspeld door de waarnemingen van de Planck-satelliet van de European Space Agency van de kosmische microgolfachtergrondstraling - straling vanaf de vroegste dagen van het universum. De HSC-metingen waren iets lager dan, maar nog steeds statistisch consistent met die van Planck. Het feit dat HSC en andere onderzoeken met zwakke lenzen allemaal iets lagere resultaten opleveren dan Planck, roept de prikkelende vraag op of donkere energie zich echt gedraagt ​​als Einsteins kosmologische constante.

"Onze kaart geeft ons een beter beeld van hoeveel donkere energie er is en vertelt ons iets meer over de eigenschappen ervan en hoe het de uitdijing van het universum versnelt, " Zei Mandelbaum. "De HSC is een geweldige aanvulling op andere onderzoeken. Het combineren van gegevens over projecten zal een krachtig hulpmiddel zijn als we proberen steeds meer te ontdekken over de aard van donkere materie en donkere energie."

Het is niet eenvoudig om de vervormingen te meten die worden veroorzaakt door zwakke zwaartekrachtlenzen. Het effect is vrij klein en vervormingen in sterrenstelsels kunnen ook worden veroorzaakt door de atmosfeer, de telescoop en de detector. Om precies te zijn, nauwkeurige resultaten, onderzoekers moeten weten dat ze alleen effecten van zwakke lensing meten.

Mandelbaum, universitair hoofddocent natuurkunde en lid van het McWilliams Center for Cosmology in Carnegie Mellon, is een expert in het beheersen van deze externe verstoringen. Zij en haar team creëerden een gedetailleerde beeldsimulatie van de HSC-onderzoeksgegevens op basis van beelden van de Hubble-ruimtetelescoop. Uit deze simulaties ze waren in staat om correcties toe te passen op de melkwegvormen om de vormvervormingen te verwijderen die werden veroorzaakt door andere effecten dan lensing.

Deze resultaten zijn afkomstig uit het eerste jaar met gegevens van de HSC-enquête. In alles, de HSC-enquête zal vijf jaar aan gegevens verzamelen die nog meer informatie zullen opleveren over het gedrag van donkere energie en werken aan andere doelen, zoals het bestuderen van de evolutie van sterrenstelsels en massieve clusters van sterrenstelsels in de kosmische tijd, het meten van in de tijd variërende objecten zoals supernova's, en zelfs onze eigen Melkweg bestuderen.

Het onderzoek zal worden geüpload naar de preprint-server arxiv.org en zal worden ingediend bij de publicatie van de Astronomical Society of Japan.