Forskare vid University of Chicago har använt svag gravitationslinsning för att kartlägga mörk materia och mörk energi över en vid himmelregion, vilket bekräftar den standardkosmologiska modellen. Genom att analysera arkivbilder från teleskop utökade teamet galaxmätningarna, vilket löste debatter om kosmisk strukturökning. Deras fynd stämmer överens med näruniversums observationer och tidiga universums data från den kosmiska mikrovågsbakgrunden.
I den standard Lambda-CDM-modellen utgör mörk materia och mörk energi cirka 95 procent av universum och påverkar galaxbildning och kosmisk expansion utan att avge ljus. Astrofysiker vid University of Chicago tog sig an detta genom att studera subtila förvrängningar i avlägsna galaxers former orsakade av gravitationslinsning, ett fenomen där massa böjer ljusbanor.
Dark Energy Survey (DES), genomförd 2013–2019, använde Dark Energy Camera på 4-meters Blanco-teleskopet vid Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile för att mäta former på över 150 miljoner galaxer över 5 000 kvadratgrader himmel. Byggande på detta integrerade Dark Energy Camera All Data Everywhere (DECADE)-projektet ytterligare arkivbilder och nästan dubblade datamängden för att inkludera former från över 100 miljoner galaxer över tusentals extra kvadratgrader.
"Svaga linsningsmätningar är bäst på att undersöka materiets 'klumighet'", förklarade Dhayaa Anbajagane, doktorand i astronomi och astrofysik samt huvudanalytiker för DECADE-artiklarna. "Att kvantifiera denna klumighet belyser ursprung och utveckling av strukturer som galaxer och galaxhopar."
Avstånden till dessa galaxer uppskattades via rödförskjutning, förskjutningen av ljus till rödare våglängder som indikerar recessionshastighet. Vid anpassning av data till Lambda-CDM-modellen, som inkluderar mörk energi, mörk materia, vanlig materia, neutriner och strålning, stämde resultaten med förutsägelser för kosmisk strukturökning. Chihway Chang, lektor i astronomi och astrofysik samt DECADE-ledare, noterade: "Detta är en vältestad modell som överlevt många, många undersökningar under det senaste decenniet, och vår datapunkt kommer att bidra till den berättelsen."
Avgörande visade fynden ingen spänning mellan svag linsning och kosmisk mikrovågsbakgrundsobservationer, vilket adresserar en femårig debatt. Kombinationen av DECADE och DES-data skapade en katalog med 270 miljoner galaxer över 13 000 kvadratgrader – en tredjedel av himlen – som släpptes till den vetenskapliga gemenskapen i höst.
Alex Drlica-Wagner, forskare vid Fermilab och lektor vid UChicago som ledde DECADE-observationerna, framhöll projektets innovation: "Det var inte klart att DECADE-datamängden skulle vara tillräckligt bra kvalitet för en kosmologisk analys, men vi har visat att den verkligen kan ge robusta resultat."
Denna okonventionella användning av återanvända bilder, tagna för skilda mål som att studera dvärggalaxer eller stjärnor, visar potential för framtida undersökningar som Vera C. Rubin Legacy Survey of Space and Time. Ansträngningen involverade samarbete mellan UChicago, Fermilab, National Center for Supercomputing Applications vid University of Illinois Urbana-Champaign, Argonne National Laboratory, University of Wisconsin-Madison och globala partners. Resultaten publiceras i Open Journal of Astrophysics, med huvudartikeln som detaljerar en ny svag linsningsformkatalog med 107 miljoner galaxer.