A nagy égboltfelmérés új perspektívát hoz
2013 és 2019 között a Dark Energy Survey (DES) nevű égboltfelmérés a chilei Cerro Tololo Inter-American Observatory Blanco-teleszkópjára szerelt Dark Energy Camera (DECam) segítségével vizsgálta az eget. Hat év alatt több mint 150 millió galaxis alakját mérték fel, mintegy 5 000 négyzetfokos, vagyis nagyjából a teljes égbolt nyolcadának megfelelő területen. E mérések révén pontosabban feltérképezhető, hogyan oszlik el a tömeg az univerzumban, és pontosabb képet kaphatunk a sötét energia viselkedéséről is.
A DES eredményei fontos szerepet játszottak abban a vitában is, amely az univerzum jelenlegi, Lambda–CDM (ΛCDM) modellje körül zajlik. Egyes égboltfelmérések szerint ugyanis a közeli univerzum tömeg- és sűrűségviszonyai eltérnek a világegyetem kezdeti állapotából, a mikrohullámú háttérsugárzásból (CMB) számolt értékektől.
Galaxisok torzult képei árulják el a rejtett tömeget
A DECam-et eredetileg a DES igényeire fejlesztették ki, ám a felmérésen kívül is óriási mennyiségű képet készített. A Chicagói Egyetem csapata ezeket az archívumokban tárolt képeket is felhasználta: így csaknem megduplázták a változatos égboltterületekről rendelkezésre álló galaxisformák számát. Az új adatok egészen új lehetőséget nyújtanak a Lambda–CDM korábbi ellentmondásainak ellenőrzésére.
A gravitációs lencsézés — amikor a tömeg meggörbíti a fényt és kicsit torzítja a galaxisok alakját — az egyik legpontosabb módszer a tömeg eloszlásának vizsgálatára. Ez a jelenség nem csak a hagyományos anyagot, hanem a sötét anyagot is leleplezi, sőt, a sötét energia szerepének feltérképezésére is alkalmas. Fontos hangsúlyozni, hogy a gyenge gravitációs lencsézés esetében a galaxisok csupán enyhén torzulnak, ezért csak statisztikai módszerekkel lehet az eltéréseket felismerni.
Ebben a kutatásban több mint 100 millió galaxis alakját vizsgálták meg, emellett kiszámolták, milyen messze találhatók: a fényük vöröseltolódásából azt is meghatározták, milyen gyorsan távolodnak a Földtől. Így összevethették a galaxisok adatait a Lambda–CDM modellel, amely sötét energiát, sötét anyagot, hagyományos anyagot és sugárzást is számításba vesz.
Megoldódhat egy évtizedes vita
A DECADE (Dark Energy Camera All Data Everywhere) projekt eredményei szerint a kozmikus szerkezetek fejlődése és a galaxisok tömegének eloszlása most először pontosan illeszkedik a Lambda–CDM modell előrejelzéseihez. Ami először apróságnak tűnt, egy komoly tudományos vitát oldhat fel: az új adatok alapján a gyenge gravitációs lencsézés eredményei most először nem mutatnak eltérést a mikrohullámú háttérsugárzásból (CMB) származó előrejelzésekhez képest. Ez az elmúlt öt év egyik nagy vitája volt a kozmológiában.
A DECADE és DES mérések kombinációjával elkészült minden idők legnagyobb gravitációs lencsézési vizsgálata: 270 millió galaxis, 13 000 négyzetfoknyi égbolton. Ez az égbolt egyharmadát lefedi, ami példátlan pontosságú mérésekhez vezet.
Újragondolt égboltfelmérés archív képekből
A DECADE projekt különlegessége, hogy nem kizárólag kifejezetten lencsézési vizsgálatokhoz készített felvételeket használt, hanem a csillagászok évek során különféle tudományos célból készített archív képeit is feldolgozta. Lényeges hangsúlyozni, hogy a kutatók így sokkal enyhébb minőségi kritériumokat alkalmazhattak, mégis megbízható eredményeket kaptak. Ez a módszer példa lehet a jövő gyenge lencsézési felmérései, például a közelgő Rubin LSST számára is.
Erre példa, hogy a képek aprólékos ellenőrzésével az archív felvételekből is pontos mérési adatokat lehetett kinyerni — ebben Chin Yi Tan játszott vezető szerepet.
Gigászi galaxiskatalógus és világszintű együttműködés
A végső katalogizálás eredményeként 270 millió galaxis adatai váltak minden kutató számára elérhetővé, ami az univerzum addigi legnagyobb nyilvános galaxislistája. Már most sokan felhasználják például törpegalaxisok vizsgálatához, és új tömeg- és szerkezettérképek készítéséhez is.
A DECADE összefogta a Chicagói Egyetem, a Fermilab, az Illinois-i Egyetem NCSA központja, valamint a világ számos más kutatóintézetének mintegy félszáz tudósát. Az ilyen széles körű csapatmunka egyik nem várt eredménye, hogy mindenki tanulhatott egymástól, ami végül egy igazán maradandó tudományos sikerhez vezetett.
