eso1642sv — Pressmeddelande (forskning)

Universums mörka materia mer jämnt fördelad än väntat

Kartläggning av stora delar av himlen med VST överraskar

7 december 2016

Analysen av en gigantisk ny kartläggning av galaxer som gjorts med ESO:s VLT kartläggningsteleskop i Chile tyder på att mörk materia kan vara mindre tätpackad och mer jämnt fördelad i rymden än man tidigare trott. Ett internationellt team använde mätningar från kartläggningsprojektet Kilo Degree Survey (KiDS) för att studera hur ljuset från omkring 15 miljoner avlägsna galaxer påverkas av det gravitationella inflytande från universums materia på stor skala. Resultaten stämmer inte väl överens med tidigare resultat från Planck-satelliten.

Hendrik Hildebrandt vid Argelander-Institutet för astronomi i Bonn, Tyskland, och Massimo Viola vid Leidenobservatoriet i Nederländerna ledde ett forskarlag av astronomer [1] från institutioner över hela världen som tillsammans bearbetade bilderna från Kilo Degree Survey (KiDS), som gjordes med ESO:s VLT kartläggningsteleskop (VST) i Chile. För sin analys använde de bilder från kartläggningen som täckte fem områden på himlen med en total yta som är cirka 2200 gånger större än fullmånen [2], och innehåller omkring 15 miljoner galaxer.

Genom att utnyttja den utmärkta bildkvalitén som är tillgänglig med VST på Paranalobservatoriet, och med hjälp av innovativ mjukvara kunde teamet utföra en av de mest exakta mätningarna någonsin av ett fenomen som kallas kosmisk skjuvning. Detta är en subtil variant av fenomenet svag gravitationslinsning, där ljuset som skickas ut från avlägsna galaxer skevas en aning på grund av den gravitationella effekten som orsakas av stora mängder av materia, som till exempel när det passerar galaxhopar.

Men bakom den kosmiska skjuvningen ligger universums storskaliga struktur snarare än galaxhoparna. Ljuset skevas, men effekten blir ännu mindre än med galaxhoparnas påverkan. Väldigt breda och djupa kartläggningar, såsom KiDS, behövs för att vara säker på att den väldigt svaga signalen från den kosmiska skjuvningen kan mätas upp och användas av astronomer för att kartlägga fördelningen av gravitationell materia. Denna studie använder ett större område på himlen än någon annan tidigare kartläggning som använt samma metod.

Spännande nog stämmer slutsatserna av forskarnas analys inte överens med en liknande analys som gjordes med European Space Agency:s satellit Planck, dagens viktigaste rymdprojektet för att undersöka universums grundläggande egenskaper. Framförallt har teamet bakom KiDS uppmätt hur jämnt materian är fördelad genom hela universum – en viktig kosmologisk parameter [3]. Materian visar sig vara betydligt mindre ojämnt fördelad än man kunnat uppskatta utifrån Plancks mätningar.

Massimo Viola förklarar.

– Vårt resultat tyder på att den mörka materian i den komiska väven, som utgör runt en fjärdedel av universums innehåll, klumpar sig mindre än man tidigare trott.

Än idag undgår den mörka materia fortsätter försök att direkt registrera den, och den kan bara upptäckas genom dess gravitationella påverkan. Studier som dessa är idag det bästa sättet för att bestämma formen, skalan och fördelningen av denna osynliga materia.

Studiens överraskande resultat påverkar också vår bredare förståelse av universum och hur det har utvecklats under dess nästan 14 miljarder långa historia. Att den tycks motsäga de tidigare publicerade resultaten från Planck innebär att astronomer nu kan behöva omformulera några av de grundläggande aspekterna i hur man ska förstå universums utveckling.

– Våra resultat kommer att bidra till att förbättra de teoretiska modellerna för hur universum har växt från starten fram till idag, kommenterar Hendrik Hildebrandt.

KiDS analys av mätningarna från VST är ett viktigt steg, men med framtida teleskop förväntas man kunna utföra ännu bredare och djupare kartläggningar av himlen. Catherine Heymans, astronom vid Edinburghs universitet i Storbritannien, är en av studiens ledare.

– Att nysta upp allt som hänt sedan den Stora smällen är en komplex utmaning. men genom att fortsätta att studera den avlägsna rymden kan vi bygga oss en bild av hur vårt moderna universum har utvecklats, tillägger hon.

Konrad Kuijken vid Leidenobservatoriet i Nederländerna, är vetenskaplig projektledare för KiDS-kartläggningen.

– För tillfället ser vi en spännande avvikelse från Planckteleskopets kosmologi. Kommande projekt som satelliten Euclid och Large Synoptic Survey Telescope kommer att göra det möjligt för oss att upprepa dessa mätningar och bättre förstå vad universum egentligen håller på att berätta för oss, avslutar han med.

Noter

[1] Det internationella teamet bakom KiDS består av forskare från Tyskland, Nederländerna, Storbritannien, Australien, Italien, Malta och Kanada.

[2] Detta motsvarar omkring 450 kvadratgrader, eller lite mer än en procent av hela himlen.

[3] Parametern som uppmättes kallas för S8. Dess värde är en kombination av hur stora variationer i täthet som förekommer i en viss volym i universum, och den genomsnittliga tätheten i samma volym. Exakt hur fördelningen av täta och glesa partier ser ut kan man inte få fram ur mätningar av svag gravitationslinsning. Stora skillnader i täthet i universums mest glesa trakter påverkar nämligen värdet av S8 på samma sätt som mindre variationer i täthet i de universums tätaste delar. Siffran 8 kommer från att mätningarna gäller för celler som är 8 megaparsek (26 miljoner ljusår) tvårsöver, ett värde som används som standard i sådana studier.

Mer information

Resultaten presenteras i en forskningsartikel med titeln “KiDS-450: Cosmological parameter constraints from tomographic weak gravitational lensing” av H. Hildebrandt m. fl. som publiceras i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Forskarlaget består av H. Hildebrandt (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland), M. Viola (Leidenobservatoriet, Leidens unversitet, Leiden, Nederländerna), C. Heymans (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbrittanien), S. Joudaki (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australien), K. Kuijken (Leidenobservatoriet, Leidens universitet, Leiden, Nederländerna), C. Blake (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australien), T. Erben (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland), B. Joachimi (University College London, London, Storbritannien), D Klaes (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland), L. Miller (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Storbritannien), C.B. Morrison (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland), R. Nakajima (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland), G. Verdoes Kleijn (Kapteyn Astronomical Institute, Groningens universitet, Groningen, Nederländerna), A. Amon (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien), A. Choi (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien), G. Covone (Department of Physics, Napoli Federico II universitetet, Napoli, Italien), J.T.A. de Jong (Leidenobservatoriet, Leidens universitet, Leiden, Nederländerna), A. Dvornik (Leidenobservatoriet, Leidens universitet, Leiden, Nederländerna), I. Fenech Conti (Institute of Space Sciences and Astronomy (ISSA), University of Malta, Msida, Malta; Department of Physics, University of Malta, Msida, Malta), A. Grado (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italien), J. Harnois-Déraps (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien; Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), R. Herbonnet (Leidenobservatoriet, Leidens universitet, Leiden, Nederländerna), H. Hoekstra (Leidenobservatoriet, Leidens universitet, Leiden, Nederländerna), F. Köhlinger (Leidenobservatoriet, Leidens universitet, Leiden, Nederländerna), J. McFarland (Kapteyn Astronomical Institute, Groningens universitet, Groningen, Nederländerna), A. Mead (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), J. Merten (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Storbritannien), N. Napolitano (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italien), J.A. Peacock (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien), M. Radovich (INAF – Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Italien), P. Schneider (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland), P. Simon (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland), E.A. Valentijn (Kapteyn Astronomical Institute, Groningens universitet, Groningen, Nederländerna), J.L. van den Busch (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland), E. van Uitert (University College London, London, Storbritannien) och L. van Waerbeke (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

Kontakter

Robert Cumming, kontaktperson för ESO:s utåtriktade verksamhet i Sverige
Onsala rymdobservatorium
Onsala, Sverige
Tel: 031 772 5500
Mobil: 070 493 3114
E-post: robert.cumming@chalmers.se

Hendrik Hildebrandt
Argelander-Institut für Astronomie
Bonn, Germany
Tel: +49 228 73 1772
E-post: hendrik@astro.uni-bonn.de

Massimo Viola
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 (0)71 527 8442
E-post: viola@strw.leidenuniv.nl

Catherine Heymans
Institute for Astronomy, University of Edinburgh
Edinburgh, United Kingdom
Tel: +44 131 668 8301
E-post: heymans@roe.ac.uk

Konrad Kuijken
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 715275848
Mobil: +31 628956539
E-post: kuijken@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei Munchen, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1642, som tagits fram inom ramarna för ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer som fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Robert Cumming.

Om pressmeddelandet

Pressmeddelande nr:eso1642sv
Namn:Dark Matter
Typ:Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Dark Matter
Facility:Very Large Telescope
Science data:2017MNRAS.465.1454H

Bilder

Karta över mörk materia i ett av områdena i KiDS:s kartläggningen (område G12)
Karta över mörk materia i ett av områdena i KiDS:s kartläggningen (område G12)
Karta över mörk materia i ett av områdena i KiDS:s kartläggningen (område G9)
Karta över mörk materia i ett av områdena i KiDS:s kartläggningen (område G9)
Karta över mörk materia i ett av områdena i KiDS:s kartläggningen (område G15)
Karta över mörk materia i ett av områdena i KiDS:s kartläggningen (område G15)

Videor

Zooma in på ett av områden i KiDS-kartläggningen
Zooma in på ett av områden i KiDS-kartläggningen

Se även