Buiten het menselijke zichtbare universum is ongeveer 95% van de samenstelling ervan afkomstig van onzichtbare donkere materie en donkere energie. Ze zenden geen licht uit en zijn ook niet direct waarneembaar, maar beïnvloeden stilletjes de evolutie van sterrenstelsels en grootschalige structuren door middel van zwaartekracht en kosmische uitdijing. Onlangs heeft een internationaal team bestaande uit de Universiteit van Chicago en andere instellingen de Dark Energy Camera (DECam) gebruikt om statistische analyses uit te voeren van zwakke vervormingen in de vorm van honderden miljoenen sterrenstelsels, en een nieuwe kaart getekend van het ‘onzichtbare universum’ dat ongeveer een derde van de hele hemel beslaat, wat belangrijk bewijsmateriaal oplevert om de huidige reguliere kosmologische modellen te testen.
Deze studie is gebaseerd op waarnemingen van de Dark Energy Survey (DES) van 2013 tot 2019. De Dark Energy Camera van laatstgenoemde, geïnstalleerd op de 4 meter lange Blanco-telescoop van het Cerro Tololo InterAmerican Observatory in Chili, heeft nauwkeurig de vormen gemeten van meer dan 150 miljoen sterrenstelsels, die ongeveer 5.000 vierkante graden van de hemel bedekken, wat overeenkomt met een achtste van de hele hemel. Eerder hebben deze gegevens een centrale rol gespeeld bij het testen van het standaard kosmologische model van ‘koude donkere materie’ (ΛCDM), en de nieuwste resultaten omvatten verder in de analyse een groot aantal beelden die door de camera zijn vastgelegd, maar die oorspronkelijk niet binnen het officiële DES-onderzoeksgebied lagen, waardoor het aantal sterrenstelsels dat kan worden gebruikt voor onderzoek naar zwakke zwaartekrachtlenzen bijna verdubbelt.
In een nieuwe analyseronde heeft het onderzoeksteam de vormen van meer dan 100 miljoen sterrenstelsels gemeten en hun afstanden tot de aarde geschat door de roodwaartse verschuiving van hun spectra, waardoor tegelijkertijd de projectieverdeling en driedimensionale diepte-informatie van sterrenstelsels aan de hemel werden begrepen. Wanneer het licht van deze sterrenstelsels door het heelal reist, zal het onderweg enigszins worden "getrokken" door de zwaartekracht van de materie, en verschijnt het als een extreem fijne vormafschuiving in de beelden van aardtelescopen. Dit effect wordt ‘zwakke zwaartekrachtlensing’ genoemd en is een belangrijk hulpmiddel voor het afleiden van de verdeling van materie in het universum en het onderzoeken van de mate van klonters van donkere materie en de rol van donkere energie.
In dit werk, het "DECADE" kosmische schuifproject genoemd, gebruikten wetenschappers deze vorm- en afstandsgegevens om in het ΛCDM-model te passen, waarbij ze zich concentreerden op de vraag of de groeisnelheid van de kosmische structuur in de loop van de tijd consistent is met modelvoorspellingen. De onderzoeksresultaten laten zien dat de ‘klontigheids’-parameters van het heelal, verkregen met behulp van deze onafhankelijke dataset, consistent zijn met eerdere zwakke lensmetingen, en ook goed overeenkomen met de parameters uit het vroege heelal die zijn afgeleid uit de kosmische microgolfachtergrondstraling. Er is geen bewijs gevonden voor een ‘duidelijke spanning tussen het late universum en het vroege universum’ die de afgelopen jaren controversieel is geweest.
Het team combineerde ook de zwakke lensmetingen van DECADE met originele DES-gegevens om een analysemonster van sterrenstelsels te construeren dat het grootste aantal sterrenstelsels en het breedste hemelgebied tot nu toe bestrijkt, in totaal ongeveer 270 miljoen sterrenstelsels, die ongeveer 13.000 vierkante graden hemel bestrijken, wat ongeveer een derde van de hele hemel is. Dankzij zo'n grote steekproef kunnen onderzoekers in hun analyse een meer conservatieve strategie voor kwaliteitscontrole toepassen, waarbij ze alleen de meest geloofwaardige datapunten met de kleinste systematische fouten gebruiken, en toch uiterst nauwkeurige beperkingen verkrijgen die voldoende zijn om frontaal te vergelijken met de kosmische microgolfachtergrondresultaten.
Dit werk werd door onderzoekers beschreven als 'een onconventioneel onderzoek naar zwakke lenzen' omdat het gebruik maakte van een groot aantal historische beelden die eerder door de astronomische gemeenschap voor andere wetenschappelijke doelen waren gemaakt en verspreid in archieven, in plaats van een speciaal langetermijnobservatieplan dat vanaf het begin voor zwakke lenzen was ontworpen. Bij traditionele oplossingen wordt een groot aantal foto's die niet aan bepaalde strenge beeldkwaliteitsnormen voldoen, weggegooid. Het DECADE-team hanteerde echter lossere screeningsomstandigheden onder het uitgangspunt van het strikt testen van systematische fouten, wat bewijst dat zelfs gegevens die niet "voor lenzen zijn geboren" nog steeds een robuuste kosmologische analyse kunnen ondersteunen, zolang deze een zorgvuldige kalibratie en kwaliteitsbeoordeling ondergaan.
De donkere energiecamera zelf is uitgerust met 62 ultragevoelige CCD-detectoren, die de diepe ruimte van het universum op ongekende diepte kunnen fotograferen. Het is een van de kernfaciliteiten voor het huidige onderzoek naar zwakke lenzen en donkere energie. In dit project werkten wetenschappers van de Universiteit van Chicago, Fermilab, het National Supercomputing Applications Center van de Universiteit van Illinois, evenals het Argonne National Laboratory, de Universiteit van Wisconsin-Madison en andere instellingen samen om een gezamenlijke kracht te vormen op het gebied van het ophalen van gegevens, handmatige beoordeling van beeldkwaliteit, vormmeetmethoden en kosmologische statistische analyse, waardoor deze ‘herontdekte’ archiefobservaties werden omgezet in nieuwe kosmologische wapens.
De onlangs vrijgegeven catalogus van gevormde sterrenstelsels is opengesteld voor de wetenschappelijke gemeenschap en heeft snel de aandacht getrokken van de kosmologische en astronomische gemeenschappen. Het is bij veel onderwerpen gebruikt, zoals het bestuderen van dwergstelsels en het in kaart brengen van de massaverdeling van het universum. De onderzoekers zeiden dat naarmate grootschaliger projecten zoals de "Heritage Survey of Time and Space" (Rubin LSST) van het Vera Rubin Observatory in de toekomst worden gelanceerd, deze ervaring aantoont dat een goed gebruik van alle beschikbare afbeeldingen in plaats van alleen "perfecte" monsters naar verwachting de meetnauwkeurigheid van de eigenschappen van donkere materie en donkere energie aanzienlijk zal verbeteren, wat duidelijkere aanwijzingen zal opleveren voor het begrijpen van dit "95% onzichtbare universum".
Samengesteld uit /ScitechDaily