11-Sigman pimeän energian havaitseminen tulee mittaamalla yli miljoona äärimmäisen kaukana olevaa galaksia
Kun galaksit alkoivat muodostua varhaisessa universumissa, universumi jatkoi laajentumistaan. Galaksien välinen gravitaatiovoima veti galakseja yhteen superklustereiksi, kun taas pimeä energia ja sen seurauksena oleva kosminen laajeneminen ajavat nämä klusterit erilleen. Seurauksena on, että maailmankaikkeus on täynnä tiukkoja galaksijoukkoja, joita erottavat suuret, enimmäkseen tyhjän tilan tyhjöt.
Näiden klustereiden ja tyhjiöiden mittakaava perustuu nopeuteen, jolla maailmankaikkeus on laajentunut ajan myötä. Vaikutus on samanlainen kuin tapa, jolla ilmamolekyylit ryhmittyvät yhteen ääniaaltojen vaihtelevan paineen vaikutuksesta, joten vaikutus tunnetaan ns. baryon akustinen oscillaatio (BAO). Tämän vaikutuksen avulla tähtitieteilijät voivat tutkia pimeää energiaa mittaamalla yli miljoonan galaksin sijaintia ja punasiirtymää. Galaksien keräämisen ja analysoinnin teki ensin Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Sen jälkeen se laajennettiin eBOSSiin, joka on julkaissut ensimmäiset tulokset.
Visualisointi Laniakea-superklusterista, johon galaksimme on osa. Luotto: Tsaghkyan / Wikimedia Commons
Tämä uusi tutkimus analysoi 0,7–1,8 miljardin valovuoden päässä olevia galakseja ja tutki BAO-ilmiötä aivan kuten varhaiset BOSS-tutkimukset tekivät. Mutta eBOSS tarkasteli myös tehostetta, joka tunnetaan nimellä redshift space distortions (RSD). Tämä antoi ryhmälle mahdollisuuden ottaa huomioon galaksin liikkeen avaruudessa sekä kosmisen laajenemisen.
Kosmologian standardimallissa galaksin etäisyys voidaan määrittää sen punasiirtymän avulla. Koska universumi laajenee kaikkialla, mitä kauempana galaksi on, sitä enemmän avaruus laajenee välillämme ja sitä suurempi on punasiirtymä. Mutta galaksit liikkuvat myös avaruuden halki, ja niiden suhteellinen liike voi myös edistää punasiirtymää tai sinisiirtoa. Tämän seurauksena yleinen punasiirtymä voi olla vinossa, mikä tekee BAO-mittauksistamme vähemmän tarkkoja. RSD:n avulla tiimi saattoi ottaa tämän huomioon tilastollisesti, mikä teki kokonaistuloksistaan paljon tarkempia.
Yhdistämällä BAO:n ja RSD:n tiimi vahvisti pimeän energian olemassaolon hämmästyttävälle 11-Sigman luottamustasolle. Tyypillisesti 5-Sigman tieteellinen tulos katsotaan vahvistukseksi. 11-Sigman tulos on niin vahva, että se on suunnilleen niin lähellä varmuutta, että voimme saada. Pimeä energia ja sen aiheuttama kiihtyvä laajeneminen on ehdottomasti todellista.
Emme tietenkään vieläkään tiedä, mitä pimeä energia todellisuudessa on. Yksi ajatus on, että pimeä energia on tilan ja ajan luontainen ominaisuus. Kosmologinen vakio, joka saa maailmankaikkeuden laajenemaan. Toinen on, että pimeä energia on energiakenttä, joka täyttää maailmankaikkeuden, kuten viides perusvoima. Jotta voimme erottaa nämä ristiriitaiset mallit, meidän ei tarvitse vain vahvistaa pimeän energian olemassaoloa, vaan myös sitä, muuttuuko se ajan myötä vai vaihteleeko se riippuen siitä, mihin suuntaan katsomme. Tutkimukset, kuten eBOSS, antavat meille tietoja, joita tarvitsemme pimeän energian kosmisen mysteerin ymmärtämiseen.
Viite:Gong-Bo Zhao et ai. Valmistunut SDSS-IV:n laajennettu Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: monimerkkianalyysi Fourier-avaruudessa kosmisen rakenteen kasvun ja laajenemisnopeuden mittaamiseksi .'Royal Astronomical Societyn kuukausitiedotteet504.1 (2021): 33-52.