De Sloan Digital Sky Survey (SDSS) heeft vandaag een uitgebreide analyse vrijgegeven van de grootste driedimensionale kaart van het universum die ooit is gemaakt, het opvullen van de belangrijkste leemten in onze mogelijke verkenning van zijn geschiedenis.

"We kennen zowel de oude geschiedenis van het universum als de recente expansiegeschiedenis vrij goed, maar er is een lastige kloof in de middelste 11 miljard jaar, " zegt kosmoloog Kyle Dawson van de Universiteit van Utah, die het team leidt dat de resultaten van vandaag aankondigt. "Voor vijf jaar, we hebben gewerkt om die leemte op te vullen, en we gebruiken die informatie om enkele van de meest substantiële vooruitgang in de kosmologie in het afgelopen decennium te bieden."

De nieuwe resultaten zijn afkomstig van de uitgebreide Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), een internationale samenwerking van meer dan 100 astrofysici die een van de componentonderzoeken van de SDSS is. De kern van de nieuwe resultaten zijn gedetailleerde metingen van meer dan twee miljoen sterrenstelsels en quasars die 11 miljard jaar kosmische tijd beslaan.

We weten hoe het universum er in de kinderschoenen uitzag, dankzij de duizenden wetenschappers van over de hele wereld die de relatieve hoeveelheden elementen hebben gemeten die kort na de oerknal zijn gecreëerd, en die de kosmische microgolfachtergrond hebben bestudeerd. We kennen de expansiegeschiedenis van de afgelopen paar miljard jaar ook van sterrenstelsels en afstandsmetingen, inclusief die uit eerdere fasen van de SDSS.

"Bij elkaar genomen, gedetailleerde analyses van de eBOSS-kaart en de eerdere SDSS-experimenten hebben nu de meest nauwkeurige metingen van de expansiegeschiedenis opgeleverd over het grootste bereik van kosmische tijd ooit, " zegt Will Percival van de Universiteit van Waterloo, Onderzoekswetenschapper van eBOSS. "Deze studies stellen ons in staat om al deze metingen te verbinden tot een compleet verhaal van de uitdijing van het heelal."

Een goede blik op de kaart onthult de filamenten en holtes die de structuur in het universum bepalen, vanaf de tijd dat het heelal nog maar ongeveer 300 was, 000 jaar oud. Van deze kaart, onderzoekers meten patronen in de verdeling van sterrenstelsels, die verschillende belangrijke parameters van ons universum tot een nauwkeurigheid van meer dan één procent geven. De signalen van deze patronen worden weergegeven in de inzetstukken in de afbeelding.

Deze kaart vertegenwoordigt de gecombineerde inspanning van meer dan 20 jaar van het in kaart brengen van het heelal met behulp van de Sloan Foundation-telescoop. De kosmische geschiedenis die op deze kaart is onthuld, laat zien dat ongeveer zes miljard jaar geleden, de uitdijing van het heelal begon te versnellen, en is sindsdien steeds sneller en sneller geworden. Deze versnelde expansie lijkt te wijten te zijn aan een mysterieuze onzichtbare component van het universum genaamd "donkere energie, " consistent met de algemene relativiteitstheorie van Einstein, maar uiterst moeilijk te verzoenen met ons huidige begrip van deeltjesfysica.

Door observaties van eBOSS te combineren met studies van het heelal in de kinderschoenen, worden scheuren in dit beeld van het heelal onthuld. Vooral, de meting door het eBOSS-team van de huidige uitdijingssnelheid van het universum (de "Hubble-constante") is ongeveer 10 procent lager dan de waarde die wordt gevonden van afstanden tot nabijgelegen sterrenstelsels. De hoge precisie van de eBOSS-gegevens betekent dat het hoogst onwaarschijnlijk is dat deze mismatch te wijten is aan toeval, en de rijke verscheidenheid aan eBOSS-gegevens geeft ons meerdere onafhankelijke manieren om dezelfde conclusie te trekken.

"Alleen met kaarten zoals de onze kun je echt met zekerheid zeggen dat er een mismatch is in de Hubble-constante, " zegt Eva-Maria Mueller van de Universiteit van Oxford, die de analyse leidde om de resultaten van het volledige SDSS-monster te interpreteren. "Deze nieuwste kaarten van eBOSS laten het duidelijker zien dan ooit tevoren."

Er is geen algemeen aanvaarde verklaring voor deze discrepantie in gemeten expansiesnelheden, maar een opwindende mogelijkheid is dat een voorheen onbekende vorm van materie of energie uit het vroege heelal een spoor in onze geschiedenis heeft achtergelaten.

In totaal, het eBOSS-team heeft vandaag de resultaten van meer dan 20 wetenschappelijke artikelen openbaar gemaakt. Die papieren beschrijven, in meer dan 500 pagina's, de teamanalyses van de nieuwste eBOSS-gegevens, het markeren van de voltooiing van de belangrijkste doelen van de enquête.

Binnen het eBOSS-team, individuele groepen aan universiteiten over de hele wereld concentreerden zich op verschillende aspecten van de analyse. Om het deel van de kaart te maken dat zes miljard jaar oud is, het team gebruikte grote, rode sterrenstelsels. verder weg, ze gebruikten jongere, blauwe sterrenstelsels. Eindelijk, om het heelal elf miljard jaar in het verleden en meer in kaart te brengen, ze gebruikten quasars, Dit zijn heldere sterrenstelsels die worden verlicht door materiaal dat op een centraal superzwaar zwart gat valt. Elk van deze monsters vereiste een zorgvuldige analyse om verontreinigingen te verwijderen, en onthullen de patronen van het universum.

"Door SDSS-gegevens te combineren met aanvullende gegevens van de Cosmic Microwave Background, supernova's, en andere programma's, we kunnen tegelijkertijd veel fundamentele eigenschappen van het universum meten, ", zegt Mueller. "De SDSS-gegevens beslaan zo'n groot deel van de kosmische tijd dat ze de grootste vooruitgang bieden van alle sondes om de geometrische kromming van het universum te meten, vinden dat het plat is. Ze maken het ook mogelijk om de lokale expansiesnelheid te meten tot beter dan één procent."

eBOSS, en SDSS meer in het algemeen, verlaat de puzzel van donkere energie, en de discrepantie tussen de expansiesnelheid van het lokale en het vroege heelal, als erfenis voor toekomstige projecten. In het volgende decennium zal toekomstige onderzoeken kunnen het raadsel oplossen, of misschien, zal nog meer verrassingen onthullen.

In de tussentijd, met voortdurende steun van de Alfred P. Sloan Foundation en institutionele leden, de SDSS is nog lang niet klaar met zijn missie om het universum in kaart te brengen. Karen Masters van Haverford College, Woordvoerder van de huidige fase van SDSS, beschreef haar opwinding over de volgende fase. "De Sloan Foundation Telescope en zijn bijna-tweeling in het Las Campanas Observatorium zullen astronomische ontdekkingen blijven doen die miljoenen sterren en zwarte gaten in kaart brengen terwijl ze veranderen en evolueren in de kosmische tijd." Het SDSS-team is druk bezig met het bouwen van de hardware om deze nieuwe fase te starten en kijkt uit naar de nieuwe ontdekkingen van de komende 20 jaar.