Günümüzün önde gelen kozmoloji modelinde, evrenin çoğu görünmezdir: evrenin yaklaşık yüzde 95'i karanlık madde ve karanlık enerjiden oluşur. Bilim adamları hala birinin gerçekte ne olduğunu bilmiyorlar, ancak etkileri açık. Karanlık madde, galaksileri ve kümeleri şekillendirmeye yardımcı olan ekstra yerçekimi sağlarken, karanlık enerji evrenin hızlanan genişlemesiyle bağlantılıdır. Bu bileşenler ışık yaymadığı için, araştırmacılar görünür evreni nasıl etkilediklerini izleyerek bunları öğrenirler. Chicago Üniversitesi'ndeki astrofizikçiler, gizli kozmozoları daha iyi anlamak için yeni bir gökyüzü bölgesini inceleyerek tam olarak bunu yaptılar.
2013 ve 2019 yılları arasında, Karanlık Enerji Araştırması (DES), Şili'deki Cerro Tololo Inter-American Gözlemevi'ndeki 4 metrelik Blanco Teleskobu'nda Karanlık Enerji Kamerası (DECam) ile gözlemler topladı. Bu süre zarfında, DES, 5.000 derece (yaklaşık sekizinci) boyunca 150 milyondan fazla galaksinin şeklini ölçtü ve kalibre etti. Bu galaksi şekil ölçümleri, bilim insanlarının kütlenin evrene nasıl yayıldığı ve karanlık enerjinin nasıl davrandığına dair tahminleri iyileştirmelerine yardımcı oluyor.
DES ayrıca, evreni tanımlamak için kullanılan standart çerçeve olan Lambda-CDM (LCDM) modelini içeren büyük bir bulmacada rol oynamıştır. DES gibi galaksi araştırmalarını kullanan yakın evrenle ilgili bazı çalışmalar, kozmik mikrodalga arka planından (CMB) çıkarılan erken evrene dayanan tahminlere katılmamış gibi görünüyordu - Big Bang'den kalan radyasyon.
DeCam, DES'i desteklemek için inşa edilmiş olsa da, ana DES ayak izinin dışında da birçok görüntü topladı. Açık Astrofizik Dergisi’ndeki yeni bir makale setinde, UChicago astrofizikçileri bu ek gözlemleri kullandılar ve DES bölgesinin ötesinde binlerce kareden veri ekleyerek ölçülen şekillere sahip galaksilerin sayısını neredeyse iki katına çıkardılar. Bu görüntüler başlangıçta zayıf lensleme çalışmaları için yakalanmadığından, genişletilmiş veri seti daha önceki LCDM tutarsızlıklarını yeniden kontrol etmek için bağımsız bir yol sunar.
Zayıf yerçekimi mercekleme ve galaksinin neden şekilleri madde
Yerçekimi mercekleme, kütle ışığı büktüğünde gerçekleşir ve kütlenin evrende nerede oturduğunu incelemek için en güçlü araçlardan biridir. Bu, sıradan maddeyi ve karanlık maddeyi de içeriyor ve aynı zamanda karanlık enerjinin rolüne ışık tutabilir, dedi Astronomi ve Astrofizik doçenti ve Karanlık Enerji Kamera Tüm Verileri Her Yerde (YARI YIL) zayıf mercekleme kozmik kesme projesinin başı olan Chihway Chang.
Zayıf yerçekimi merceklemesinde, galaksiler dramatik bir şekilde gerilmiş görünmüyor. Bunun yerine, şekilleri biraz çarpık (kabulu) görünür, çünkü ışıkları Dünya'ya giderken maddeden geçer. Sinyal son derece küçüktür, bu nedenle araştırmacılar bunu tespit etmek için istatistiksel yöntemlere güvenirler.
“Zayıf mercekleme ölçümleri, maddenin ‘kümpiyetini’ araştırmada en iyisidir” diyor Astronomi ve Astrofizik doktora öğrencisi Dhayaa Anbajagane, DEKL.A. makaleleri serisinde baş analist ve ilk yazar. “Bu kümelenmenin ölçülmesi, galaksiler ve galaksi kümeleri gibi yapıların kökenine ve evrimine ışık tutuyor. Bu, bir bölgede yaşayan insanların dağılımını (nerede) ölçmeye ve bunu peyzajın topografyası veya kentsel alanların yeri veya yaşı (yapı yapılarının kökenini ve evrimini etkileyen faktörler) gibi özellikleri anlamak için kullanmaktır.
Galaksi mesafelerini ölçmek ve standart kozmoloji modelini test etmek
On yıl çalışması için araştırmacılar 100 milyondan fazla galaksinin şekillerini ölçtüler. Ayrıca, her galaksinin ışığının kırmızı dalga boylarına (düşerme) doğru ne kadar değiştiğini analiz ederek bu galaksilerin ne kadar uzakta olduğunu tahmin ettiler. Bu değişim, bir galaksinin ne kadar hızlı hareket ettiğini ve Dünya'dan uzaklığını hesaplamak için kullanılabileceğini gösteriyor.
Galaksi şekilleri ve eldeki mesafelerle ekip, LCDM modelini gözlemlere sığdırıyor. LCDM, karanlık enerji, karanlık madde, sıradan madde, nötrinolar ve radyasyonu hesaba katan yaygın olarak kullanılan kozmoloji modelidir. Chang, “Bu, son on yılda birçok, çok sayıda incelemeden kurtulan iyi test edilmiş bir model ve veri noktamız bu hikayeye katkıda bulunacak” dedi.
On yıl sonuçları, kozmik yapı büyümesinin LCDM’nin öngördüğü şeyle eşleştiğini ve daha önceki zayıf lensleme çalışmalarıyla uyumlu olduğunu göstermektedir. Chang, “Buna ek olarak, kısıtlamalarımızı erken evrenin CMB’sinden elde edilen ve tahmin edilenlerle karşılaştırırken, iyi anlaşıyoruz” dedi. "Bu son nokta, son beş ya da daha fazla yıldır bir tartışma kaynağı oldu ve yeni sonuçlarımızla, zayıf mercekleme ile CMB arasındaki gerilimi göremediğimizi söyleyebiliriz."
Anbajagane, “DEARE lensleme ölçümlerini DES’inkilerle birleştirebiliyoruz, bu da bugüne kadarki en geniş gökyüzü yamasını (13.000 derece) kapsayan en fazla sayıda galaksiyi (270 milyon) kullanan bir galaksi mercekleme analizine neden oluyor” dedi. "Bu büyük miktarda veri göz önüne alındığında, analizimizde özellikle muhafazakar seçimler yapabiliriz - yalnızca tüm yararlı veya olası ölçümlerden ziyade en çok güvendiğimiz ölçümleri yapmak veya kullanmak gibi - ve yine de SPK ile karşılaştırmalarımızı anlamlı bir şekilde bilgilendirmek için yeterli hassasiyetle bir ölçüm yapabiliriz."
Arşiv teleskop görüntülerinden inşa edilen alışılmadık bir araştırma
DECADE, zayıf mercekleme sonuçlarının CMB tabanlı beklentilerle uyumlu olup olmadığı, gökyüzünün DES'ten farklı bir bölümünü kullanarak ancak karşılaştırılabilir bir ölçekte bağımsız bir kontrol sağlar. Fermilab'da Bilim Adamı ve EKİM Gözlem kampanyasına liderlik eden Astronomi ve Astrofizik'teki UChicago doçenti Alex Dr. Alica-Wagner, başlangıçta başarının garanti edilmediğini belirtti. “DEARDE veri setinin kozmolojik bir analiz yapmak için yeterli kalitede olacağı açık değildi, ancak gerçekten sağlam sonuçlar üretebileceğini gösterdik” dedi.
Anbajagane, projenin göze çarpan bir özelliğinin görüntü kalitesi kararlarını içerdiğini açıkladı. Geleneksel zayıf mercekleme anketleri, uzun yıllar boyunca yaklaşık yüz bin amaca yönelik resim toplar ve birçok çerçeve katı standartlarda başarısız olduklarında reddedilir. “DEARDE projesi, arşiv verilerini yeniden tasarladığı için benzersizdir – astronomi topluluğu tarafından başlangıçta cüce galaksileri incelemekten yıldızlara, uzak galaksi kümelerine kadar çok çeşitli bilim hedefleri için çekilen görüntüler – ve görüntü kalitesi için önemli ölçüde daha izin veren kriterler kullanır. Çalışmamız, lenslemeyi kodlayan görüntüleme kampanyalarına sahip olmasak bile sağlam mercekleme analizlerinin yapılabileceğini gösteriyor" dedi.
Bu yaklaşım, araştırmacıların Veara C'ye dayanan çalışmalar da dahil olmak üzere gelecekteki zayıf mercekleme çalışmalarını nasıl ele aldıklarını etkileyebilir. Uzay ve Zamanın Rubin Mirası Araştırması (Rubin LSST) anketi. Mevcut görüntülerin daha büyük bir payını kullanmak, kozmolojik ölçümlerin hassasiyetini artırabilir. Ekibin arşiv resimlerini kullanma yeteneği de büyük ölçüde Fizik doktora öğrencisi olan Chin Yi Tan liderliğindeki dikkatli görüntü denetimine dayanıyordu.
Büyük bir kamusal galaksi kataloğu ve küresel işbirliği
DES ile birleştiğinde, son katalog gökyüzünün yaklaşık üçte birini (13.000 kare) kaplar ve 270 milyon galaksi içerir. Katalog bu sonbaharda bilimsel topluluğa yayınlandı ve araştırmacılar, cüce galaksiler ve evrenin kütlesinin yeni haritaları üzerindeki çalışmalar da dahil olmak üzere diğer çalışmalar için görüntüleri kullanmaya başladılar. Anbajagane, “Kavli Kozmolojik Fiziği Enstitüsü’ndeki uzmanların yanı sıra verilerimize diğer analiz yöntemlerini uygulamak için aktif olarak çalışıyoruz” dedi.
On Yıl analizi, UIUC'daki UChicago, Fermilab ve NCSA'dan bilim insanlarını, Argonne, UW-Madison ve dünya çapındaki diğer birçok kurumdan işbirlikçileri bir araya getirdi. Chang, “Bu farklı bileşenlerin koridorda oturması oldukça özeldi” dedi. “Ayrıca birbirimizden öğrenmemize izin verdi ve bu projenin beklenmedik ama harika bir sonucuyla sonuçlandı.
