In 29 neuen wissenschaftlichen Artikeln untersucht der Dark Energy Survey die bisher größten Karten der Galaxienverteilung und -formen, die sich über mehr als 7 Milliarden Lichtjahre im Universum erstrecken. Die außerordentlich genaue Analyse, die Daten aus den ersten drei Jahren der Umfrage enthält, trägt zum leistungsstärksten Test des derzeit besten Modells des Universums bei, dem kosmologischen Standardmodell. Es bleiben jedoch Hinweise aus früheren DES-Daten und anderen Experimenten, die heute im Universum von Bedeutung sind, einige Prozent weniger klumpig als vorhergesagt.

Neue Ergebnisse des Dark Energy Survey (DES) verwenden die bisher größte Galaxienprobe, die über fast einem Achtel des Himmels beobachtet wurde, um die bislang genauesten Messungen der Zusammensetzung und des Wachstums des Universums zu erstellen.

DES bildet den Nachthimmel mit der 570-Megapixel-Dark-Energy-Kamera des Víctor M. Blanco 4-Meter-Teleskops der National Science Foundation am Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Chile ab, einem Programm des NSF NOIRLab. Als eine der leistungsstärksten Digitalkameras der Welt wurde die Dark Energy Camera speziell für DES entwickelt. Es wurde vom Department of Energy (DOE) finanziert und im Fermilab des DOE gebaut und getestet.

Im Laufe von sechs Jahren, von 2013 bis 2019, nutzte DES 30 % der Zeit am Blanco-Teleskop und vermisste 5000 Quadratgrad – fast ein Achtel des gesamten Himmels – in 758 Beobachtungsnächten und katalogisierte Hunderte Millionen von Objekten . Die heute bekannt gegebenen Ergebnisse basieren auf Daten aus den ersten drei Jahren – 226 Millionen Galaxien, die in 345 Nächten beobachtet wurden –, um die bisher größten und genauesten Karten der Verteilung von Galaxien im Universum in relativ neuen Epochen zu erstellen. Die DES-Daten wurden im Nationalen Zentrum für Supercomputing-Anwendungen der Universität von Illinois in Urbana-Champaign verarbeitet.

"NOIRLab ist ein stolzer Gastgeber und Mitglied der DES-Zusammenarbeit", sagte Steve Heathcote, Associate Director von CTIO. "Sowohl während als auch nach der Umfrage war die Dark Energy Camera eine beliebte Wahl für Community- und chilenische Astronomen."

Gegenwärtig wird die Dark Energy Camera für Programme verwendet, die ein breites Spektrum der Wissenschaft einschließlich der Kosmologie abdecken. Das Wissenschaftsarchiv der Dark Energy Camera, einschließlich DES Data Release 2, auf dem diese Ergebnisse basieren, wird vom Community Science and Data Center (CSDC), einem Programm des NOIRLab von NSF, kuratiert. CSDC bietet Softwaresysteme, Anwenderdienste und Entwicklungsinitiativen an, um die wissenschaftlichen Aufgaben der NOIRLab-Teleskope, einschließlich des Blanco-Teleskops bei CTIO, zu verbinden und zu unterstützen.

Da DES sowohl nahe gelegene Galaxien als auch Milliarden von Lichtjahren entfernt untersucht hat, bieten seine Karten sowohl eine Momentaufnahme der aktuellen großräumigen Struktur des Universums als auch einen Überblick darüber, wie sich diese Struktur in den letzten 7 Milliarden Jahren entwickelt hat.

Gewöhnliche Materie macht nur etwa 5% des Universums aus. Dunkle Energie, von der Kosmologen annehmen, dass sie die beschleunigte Expansion des Universums antreibt, indem sie der Schwerkraft entgegenwirkt, macht etwa 70% aus. Die letzten 25% sind dunkle Materie, deren Gravitationseinfluss Galaxien zusammenhält. Sowohl dunkle Materie als auch dunkle Energie bleiben unsichtbar. DES versucht, ihre Natur zu beleuchten, indem es untersucht, wie die Konkurrenz zwischen ihnen die großräumige Struktur des Universums im Laufe der kosmischen Zeit prägt.

Um die Verteilung der Dunklen Materie und die Wirkung der Dunklen Energie zu quantifizieren, stützte sich DES hauptsächlich auf zwei Phänomene. Erstens sind Galaxien im großen Maßstab nicht zufällig im Weltraum verteilt, sondern bilden eine weblike Struktur, die auf die Schwerkraft der dunklen Materie zurückzuführen ist. DES hat gemessen, wie sich dieses kosmische Netz im Laufe der Geschichte des Universums entwickelt hat. Die Galaxienhaufen, die wiederum das kosmische Netz bilden, enthüllten Regionen mit einer höheren Dichte an dunkler Materie.

Zweitens erkannte DES die Signatur dunkler Materie durch schwache Gravitationslinsen. Während sich das Licht einer entfernten Galaxie durch den Weltraum bewegt, kann die Schwerkraft sowohl der gewöhnlichen als auch der dunklen Materie im Vordergrund ihren Weg wie durch eine Linse biegen, was zu einem verzerrten Bild der Galaxie von der Erde aus führt. Durch die Untersuchung, wie die scheinbaren Formen entfernter Galaxien miteinander und mit den Positionen benachbarter Galaxien entlang der Sichtlinie ausgerichtet sind, konnten DES-Wissenschaftler auf die Klumpenbildung der dunklen Materie im Universum schließen.

Um das aktuelle Modell des Universums der Kosmologen zu testen, verglichen DES-Wissenschaftler ihre Ergebnisse mit Messungen des umlaufenden Planck-Observatoriums der Europäischen Weltraumorganisation. Planck verwendete Licht, das als kosmischer Mikrowellenhintergrund bekannt ist, um nur 400,000 Jahre nach dem Urknall in das frühe Universum zurückzukehren. Die Planck-Daten geben einen genauen Überblick über das Universum vor 13 Milliarden Jahren, und das kosmologische Standardmodell sagt voraus, wie sich die dunkle Materie bis zur Gegenwart entwickeln sollte.

In Kombination mit früheren Ergebnissen bietet DES den bisher leistungsstärksten Test des derzeit besten Modells des Universums, und die Ergebnisse stimmen mit den Vorhersagen des Standardmodells der Kosmologie überein. Es bleiben jedoch Hinweise aus DES und mehreren früheren Galaxien-Surveys, dass das Universum heute ein paar Prozent weniger klumpig ist als vorhergesagt [1].

Zehn Regionen des Himmels wurden als „tiefe Felder“ ausgewählt, die die Dunkle Energiekamera während der gesamten Vermessung wiederholt abbildete. Durch das Zusammenstapeln dieser Bilder konnten die Wissenschaftler weiter entfernte Galaxien sehen. Das Team verwendete dann die Rotverschiebungsinformationen aus den Tiefenfeldern, um den Rest der Vermessungsregion zu kalibrieren. Diese und andere Fortschritte bei Messungen und Modellierungen, verbunden mit einer Verdreifachung der Daten im Vergleich zum ersten Jahr, ermöglichten es dem Team, die Dichte und Klumpenbildung des Universums mit beispielloser Präzision zu bestimmen.

DES schloss seine Beobachtungen des Nachthimmels im Jahr 2019 ab. Mit den Erfahrungen aus der Analyse der ersten Hälfte der Daten ist das Team nun bereit, den gesamten Datensatz zu verarbeiten. Die endgültige DES-Analyse soll ein noch genaueres Bild der dunklen Materie und der dunklen Energie im Universum zeichnen.

Die DES-Zusammenarbeit besteht aus über 400 Wissenschaftlern aus 25 Institutionen in sieben Ländern.

„Die Zusammenarbeit ist bemerkenswert jung. Es ist stark in Richtung Postdocs und Doktoranden geneigt, die einen großen Teil dieser Arbeit leisten “, sagte DES-Direktor und Sprecher Rich Kron, ein Wissenschaftler von Fermilab und der University of Chicago. „Das ist wirklich erfreulich. Eine neue Generation von Kosmologen wird mithilfe des Dark Energy Survey geschult. “

Die vom Team entwickelten Methoden haben den Weg für zukünftige Himmelsuntersuchungen wie die Legacy-Vermessung von Raum und Zeit des Rubin Observatory geebnet. "DES zeigt, dass die Ära der großen Umfragedaten wirklich begonnen hat", bemerkt Chris Davis, Programmdirektor von NSF für NOIRLab. „DES am Blanco-Teleskop von NSF hat den Rahmen für die bemerkenswerten Entdeckungen geschaffen, die das Rubin-Observatorium in den kommenden zehn Jahren bringen wird.“

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Notizen

[1] Weitere Informationen finden Sie in der wissenschaftlichen Arbeit Planck 2018 Results. VI. Kosmologische Parameter.

Mehr Infos

Die jüngsten DES-Ergebnisse werden am 27. Mai 2021 in einem wissenschaftlichen Seminar vorgestellt. 3 Artikel sind im arXiv-Online-Repository und auf der Dark Energy Survey-Website verfügbar. Das Hauptpapier ist Dark Energy Survey Jahr XNUMX Ergebnisse: Kosmologische Einschränkungen durch Galaxienhaufen und schwache Linsen.

Das NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) der NSF, das US-Zentrum für bodengestützte optische-Infrarot-Astronomie, betreibt das internationale Gemini-Observatorium (eine Einrichtung von NSF, NRC-Kanada, ANID-Chile, MCTIC-Brasilien, MINCyT-Argentinien). , und KASI-Republic of Korea), das Kitt Peak National Observatory (KPNO), das Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), das Community Science and Data Center (CSDC) und das Vera C. Rubin Observatory (in Zusammenarbeit mit dem SLAC National . des DOE). Beschleunigerlabor). Es wird von der Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung mit NSF verwaltet und hat seinen Hauptsitz in Tucson, Arizona. Die astronomische Gemeinschaft fühlt sich geehrt, die Möglichkeit zu haben, astronomische Forschungen am Iolkam Du'ag (Kitt Peak) in Arizona, am Maunakea in Hawaii und am Cerro Tololo und Cerro Pachón in Chile durchzuführen. Wir erkennen und anerkennen die sehr bedeutende kulturelle Rolle und Verehrung, die diese Stätten der Tohono O'odham Nation, der hawaiianischen Ureinwohnergemeinschaft bzw. den lokalen Gemeinschaften in Chile entgegenbringen.

Der Dark Energy Survey ist eine Zusammenarbeit von mehr als 400 Wissenschaftlern aus 25 Institutionen in sieben Ländern. Weitere Informationen zur Umfrage finden Sie auf der Website des Experiments.

Die Finanzierung der DES-Projekte wurde vom US-Energieministerium, der US-amerikanischen National Science Foundation, dem spanischen Ministerium für Wissenschaft und Bildung, dem Rat für Wissenschafts- und Technologieeinrichtungen des Vereinigten Königreichs und dem Higher Education Funding Council für England bereitgestellt Nationales Zentrum für Supercomputing-Anwendungen an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign, Kavli-Institut für kosmologische Physik an der Universität von Chicago, Förderbehörde für Finanzierung und Projekte in Brasilien, Carlos Chagas Filho-Stiftung für Forschungsunterstützung des Bundesstaates Rio de Janeiro , Brasilianischer Nationalrat für wissenschaftliche und technologische Entwicklung und das Ministerium für Wissenschaft und Technologie, die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die kooperierenden Institutionen des Dark Energy Survey.

NCSA an der University of Illinois in Urbana-Champaign bietet Supercomputing und fortschrittliche digitale Ressourcen für das Wissenschaftsunternehmen des Landes. An der NCSA, University of Illinois, nutzen Fakultät, Mitarbeiter, Studenten und Mitarbeiter aus der ganzen Welt fortschrittliche digitale Ressourcen, um die großen Herausforderungen der Forschung zum Nutzen von Wissenschaft und Gesellschaft anzugehen. NCSA treibt seit mehr als 50 Jahren ein Drittel der Fortune 30® voran, indem es Industrie, Forscher und Studenten zusammenbringt, um große Herausforderungen mit hoher Geschwindigkeit und Größe zu lösen. Weitere Informationen finden Sie unter http://www.NCSA.Illinois.edu.

Fermilab ist Amerikas führendes nationales Labor für Teilchenphysik und Beschleunigerforschung. Fermilab ist ein Labor des US Department of Energy Office of Science in der Nähe von Chicago, Illinois, und wird im Auftrag der Fermi Research Alliance LLC betrieben. Besuchen Sie die Fermilab-Website unter http://www.endgültig.gov und folgen Sie uns auf Twitter unter @Fermilab.

Das DOE Office of Science ist der größte Befürworter der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften in den USA und arbeitet daran, einige der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Weitere Informationen finden Sie unter science.energy.gov.

Kontakt

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Astronom und Wissenschaftler für Dunkelenergie-Kamerainstrumente

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