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SDSS III
Entfernte Galaxien genau vermessen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
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9. Januar 2014

Im Rahmen einer Himmelsdurchmusterung, die als Teilprojekt des Sloan Digital Sky Survey III durchgeführt wird, haben Astronomen nun die Distanz von mehr als sechs Milliarden Lichtjahren entfernten Galaxien mit einer Genauigkeit von einem Prozent bestimmt. Die neuen Daten erlauben auch Rückschlüsse auf die mysteriöse Dunkle Energie.

BAO

Künstlerische Darstellung der neuen Messmethode für die Größe des Universums. Bild: Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory [Großansicht mit weiterer Erläuterung]

Auf einer Tagung der American Astronomical Society (AAS) haben Wissenschaftler neue Ergebnisse des Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) vorgestellt, einem von vier Projekten, die im Rahmen des Sloan Digital Sky Survey III mithilfe eines 2,5-Meter-Teleskops des Apache Point Observatory in New Mexico durchgeführt werden. Den Forschern ist es gelungen, den Abstand zu Galaxien in einer Entfernung von mehr als sechs Milliarden Lichtjahren mit einer Genauigkeit von einem Prozent zu bestimmen.

"Nicht viele Dinge des täglichen Lebens kennt man mit einer Genauigkeit von einem Prozent", meint David Schlegel vom Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), der leitende Wissenschaftler von BOSS. "Ich kenne jetzt die Größe des Universums besser, also die Größe meines Hauses." Kombiniert mit Informationen über die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums liefern die Daten zudem auch neue Hinweise auf die geheimnisvolle Dunklen Energie, die vermutlich für die beschleunigte Ausdehnung des Universums verantwortlich ist.

"Die Abstandsmessung ist eine fundamentale Herausforderung in der beobachtenden Astronomie", erklärt Daniel Eisenstein von der Harvard University, der auch Direktor der SDSS-III-Kollaboration ist. "Wenn sie etwas am Himmel sehen, wie weit ist es weg? Wenn man erst einmal weiß, wie weit etwas weg ist, lässt es sich viel leichter erforschen als zuvor."

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Entfernungen zu den Planeten in unserem Sonnensystem können mit Radar sehr genau gemessen werden, aber für weiter entfernte Objekte sind die Astronomen auf weniger direkte Methoden angewiesen. Nur ein paar hundert Sterne und einige wenige Sternhaufen sind nahe genug, damit man ihre Entfernungen mit einer Genauigkeit von einem Prozent messen kann.

Fast alle diese Sterne sind nur ein paar tausend Lichtjahre entfernt und befinden sich immer noch in unserer eigenen Milchstraße. Die neuen BOSS-Messungen reichen nun bis zu Entfernungen, die eine Million mal größer sind, und sondieren das Universum weit über unsere eigene Galaxie hinaus mit bisher unerreichter Genauigkeit. "Ein Messung mit einer Genauigkeit von einem Prozent bei einer Entfernung von sechs Milliarden Lichtjahren ist ein gewaltiger Schritt nach vorn", erklärt Eisenstein, "und es erfordert eine ganz andere Technik als die Messungen im Sonnensystem oder in der Milchstraße."

Im Rahmen des BOSS-Projekts werden sogenannte "baryonische, akustische Schwingungen" (BAOs) gemessen. Dabei handelt es sich um Überreste aus der Frühphase des Universums, als dieses nicht mehr als eine heiße und dichte "Teilchensuppe" war. Kleine Dichteschwankungen durchliefen diese "Suppe" als Druck- bzw. Schallwellen. Als sich das Universum ausdehnte und abkühlte, sank der Druck ab und so wurden die weitere Ausbreitung dieser Wellen nach etwa 500 Millionen Lichtjahren gestoppt. Diese "eingefrorenen Wellen" bildeten sich in der Materieverteilung ab und können heute in der Galaxienkarte abgelesen werden: so ist dort die Wahrscheinlichkeit dafür, zwei Galaxien in einem bestimmten Abstand zu finden, etwas höher als für größere oder kleinere Entfernungen.

Ariel Sanchez und Francesco Montesano, Nachwuchswissenschaftler am Max -Planck-Institut für extraterrestrische Physik, haben dieses "BOSS-Lineal" nicht nur senkrecht zur Sichtlinie gemessen, sondern auch parallel dazu. Damit konnten sie zusätzlich die Anisotropie in der klumpigen Galaxienverteilung messen. "Damit können wir nicht nur bestimmen, wie weit diese Galaxien von uns entfernt sind, sondern auch wie schnell sie sich bewegen", erklärt Sanchez. "Wir können also die Rate bestimmen, mit der das Universum sich ausdehnte und zwar vor sechs Milliarden Jahren, zu der Zeit, als das Licht, das wir heute beobachten, diese Galaxien verließ."

Bereits vor einem Jahr präsentierte das BOSS-Team vorläufige BAO-Messungen auf der Grundlage der frühen Galaxienkarten. Die neue Analyse umfasst nun aber ein größeres Volumen des Universums. Die Messung ist somit deutlich genauer, die Standorte von 1,2 Millionen Galaxien wurden inzwischen kartographiert. Die jetzigen Ergebnisse enthalten auch erste Messungen der BAOs aus einer Stichprobe von mehr nahen Galaxien.

"Die fernen Galaxien erlauben uns einen Blick zurück in eine Zeit, als das Universum etwa die Hälfte seines heutigen Alters hatte; die nahen Galaxien zeigen uns ein weiter entwickeltes Universum", erklärt Sanchez. "Wenn wir beide Messungen zusammen nehmen, erhalten wir sehr starke Einschränkungen für die Eigenschaften der Dunklen Energie, die wahrscheinlich für die aktuelle beschleunigte Ausdehnung des Universums verantwortlich ist."

Bisher passen die BOSS-Messungen offenbar zu einer Form der Dunklen Energie, die im Laufe der Geschichte des Universums konstant bleibt - im Gegensatz zu sowohl normaler als auch Dunkler Materie, die durch die Ausdehnung des Universums verdünnt werden. Diese Dunkle Energie scheint mit dem Raum selbst verbunden zu sein, und wird manchmal auch als " kosmologische Konstante " interpretiert. Diese Theorie ist inzwischen zum Standardmodell für die Dunkle Energie geworden. "Da unsere Daten ständig besser und besser werden, können wir dieses Standardmodell immer strengeren Tests unterziehen", so Sanchez.

Über die neuen Ergebnisse des BOSS-Teams und die begleitenden Untersuchungen berichten die Astronomen in mehreren Fachartikeln, die in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erscheinen sollen.

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siehe auch
Surveys: Blick auf die frühere Galaxienverteilung - 4. April 2012
SDSS III: Kosmische Archäologie mit BOSS - 5. Oktober 2009
Links im WWW
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (Anderson et al.)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (Samushia et al.)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (Sanchez et al.)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (Vargas Magaña et al.)
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