Lehdistötiedote

Pimeä aine saattaa olla oletettua tasaisempaa

VST-teleskoopin kuvaaman laajan taivaan alueen huolellinen tutkimus paljasti kiehtovan tuloksen

7. joulukuuta 2016

ESO:n Chilessä sijaitsevalla VST-teleskoopilla tehdyn jättimäisen, uuden galaksikartoituksen analyysi antaa ymmärtää, että pimeä aine saattaa olla harvempaa ja avaruuteen tasaisemmin jakautunutta kuin aikaisemmin oletettiin. Kansainvälinen tutkijaryhmä käytti KiDS-kartoituksen havaintoaineistoa tutkiakseen kuinka aineen painovoimavaikutukset vaikuttivat noin 15 miljoonan etäisen galaksin valoon maailmankaikkeuden laajimmissa mittakaavoissa. Tulokset näyttävät olevan ristiriidassa Planck-satelliitin aikaisempien tulosten kanssa.

Saksalaisen, Bonnissa sijaitsevan Argelander-Institut für Astronomien Hendrik Hildebrandtin ja alankomaalaisen Leidenin observatorion Massimo Violan johtama tähtitieteilijäryhmä [1] eri tähtitieteen laitoksista ympäri maailman käsitteli ESO:n VST-teleskoopilla (VLT Survey Telescope) tehdyn KiDS-kartoituksen (Kilo Degree Survey) kuvia. Analyysiaan varten he käyttivät kartoituksen kuvia viidestä eri taivaan alueesta kattaen kaikkiaan noin 2200 kertaa täydenkuun kokoisen alueen [2] ja käsittäen noin 15 miljoonaa galaksia.

Hyödyntämällä Paranalin observatorion VST-teleskoopin erinomaista kuvanlaatua ja käyttämällä kekseliästä tietokoneohjelmistoa ryhmä kykeni viemään läpi yhden kaikkien aikojen tarkimmista mittauksista ilmiöstä, jota kutsutaan kosmiseksi leikkaukseksi. Kyse on heikon gravitaatiolinssin hienovaraisesta muunnelmasta, jossa etäisten galaksien säteilemä valo vääristyy hieman galaksijoukkojen kaltaisten suurten ainemäärien painovoimavaikutusten johdosta.

Kosmisessa leikkauksessa maailmankaikkeuden suuren mittakaavan rakenteet, galaksijoukkojen sijaan, vääristävät valoa tuottaen vieläkin pienemmän vaikutuksen. KiDS:n kaltaisia hyvin laajoja ja syviä kartoituksia tarvitaan varmistamaan, että hyvin heikko kosmisen leikkauksen signaali on riittävän vahva mitattavaksi ja tähtitieteilijät voivat käyttää sitä kartoittamaan painovoimavaikutuksen aiheuttavan aineen jakaumaa. Tämä tutkimus käytti tätä tekniikkaa kaikkien aikojen laajimpaan taivaan alueeseen.

Mielenkiintoista kyllä, heidän analyysinsä tulokset vaikuttavat olevan ristiriidassa maailman johtavan maailmankaikkeuden perusominaisuuksia tutkivan avaruusohjelman, Euroopan avaruusjärjestön Planck-satelliitin tuloksista tehtyjen päätelmien kanssa. Erityisesti KiDS-ryhmän mittaus siitä kuinka möykkyyntynyttä materia on kautta maailmankaikkeuden — yksi kosmologian avainparametreja — on huomattavasti Planck-aineistosta johdettua arvoa alempi [3].

Massimo Viola selittää: "Tämä tuorein tulos antaa ymmärtää, että kosmisen verkon pimeä aine, joka käsittää noin neljänneksen maailmankaikkeuden sisällöstä, on aikaisemmin oletettua vähemmän möykkyyntynyttä."

Pimeää ainetta ei ole vieläkään havaittu. Sen olemassaolo voidaan vain päätellä sen aiheuttamista painovoimavaikutuksista. Tämänkaltaiset tutkimukset ovat tällä hetkellä paras tapa päätellä tämän näkymättömän aineen muotoa, mittakaavaa ja jakaumaa.

Tämän tutkimuksen yllättävällä tuloksella on myös vaikutuksia laajempaan ymmärtämykseemme maailmankaikkeudesta ja siihen kuinka se on kehittynyt lähes 14 miljardia vuotta kestäneen historiansa aikana. Tällainen näennäinen ristiriita aikaisemmin vahvistettujen Planckin tulosten kanssa tarkoittaa, että tähtitieteilijöiden voi nyt olla pakko muotoilla uusiksi käsityksensä joistakin maailmankaikkeuden kehittymisen perustavanlaatuisista näkökohdista.

Hendrik Hildebrandt kommentoi: "Tuloksemme auttavat jalostamaan teoreettisia mallejamme siitä kuinka maailmankaikkeus on kasvanut syntymästään tähän päivään."

VST-teleskoopin havaintoaineiston KiDS-analyysi on tärkeä askel eteenpäin, mutta tulevaisuuden teleskooppien odotetaan tekevän vieläkin laajempia ja syvempiä kartoituksia taivaasta.

Yksi tutkimuksen johtajista, brittiläisen Edinburghin yliopiston Catherine Heymans lisää: "Sen paljastaminen, mitä on tapahtunut alkuräjähdyksen jälkeen on monimutkainen haaste, mutta etäisen taivaan tutkimuksta jatkamalla me voimme rakentaa kuvan siitä kuinka nykyinen maailmankaikkeus on kehittynyt."

"Me näemme tällä hetkellä jännittävän ristiriidan Planckin kosmologiaan. Euclid-satelliitin ja LSST-teleskoopin (Large Synoptic Survey Telescope) kaltaisten tulevaisuuden hankkeiden ansiosta voimme toistaa nämä mittaukset ja ymmärtää paremmin mitä maailmankaikkeus meille oikeastaan kertoo," päättää  Konrad Kuijken (Leidenin observatorio, Alankomaat), joka on KiDS-kartoituksen päätutkija.

Lisähuomiot

[1] Kansainvälinen KiDS-tutkijaryhmä käsittää tiedemiehiä Saksasta, Alankomaista, Iso-Britanniasta, Australiasta, Italiasta, Maltalta ja Kanadasta.

[2] Tämä vastaa noin 450 neliöastetta eli hieman yli 1% koko taivaan alueesta.

[3] Mitattua parametria kutsutaan nimellä S8. Sen arvo on yhdistelmä tiheysvaihteluiden suuruutta ja keskimääräistä tiheyttä osassa maailmankaikkeutta. Suurilla vaihteluilla maailmankaikkeuden harvemmissa osissa on samankaltainen vaikutus pienempiin vaihteluihin tiheämmässä osassa eikä näitä kahta voida erottaa toisistaan heikon gravitaatiolinssin havainnoin. Luku 8 viittaa 8 megaparsekin kokoiseen soluun, joka on yleinen käytäntö tällaisissa tutkimuksissa.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "KiDS-450: Cosmological parameter constraints from tomographic weak gravitational lensing”, jonka kirjoittivat H. Hildebrandt et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Tutkimusryhmään kuuluvat H. Hildebrandt (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Saksa), M. Viola (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), C. Heymans (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), S. Joudaki (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), K. Kuijken (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), C. Blake (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), T. Erben (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Saksa), B. Joachimi (University College London, Lontoo, Iso-Britannia), D Klaes (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Saksa), L. Miller (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Iso-Britannia), C. B. Morrison (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Saksa), R. Nakajima (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Saksa), G. Verdoes Kleijn (Kapteynin tähtitieteen laitos, Groningenin yliopisto, Groningen, Alankomaat), A. Amon (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), A. Choi (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), G. Covone (Fysiikan laitos, Napoli Federico II -yliopisto, Napoli, Italia), J.T.A. de Jong (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), A. Dvornik (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), 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, Italia), J. Harnois-Déraps (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia; Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), R. Herbonnet (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), H. Hoekstra (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), F. Köhlinger (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), J. McFarland (Kapteynin tähtitieteen laitos, Groningenin yliopisto, Groningen, Alankomaat), A. Mead (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), J. Merten (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Iso-Britannia), N. Napolitano (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italia), J. A. Peacock (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), M. Radovich (INAF – Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Italia), P. Schneider (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Saksa), P. Simon (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Saksa), E. A. Valentijn (Kapteynin tähtitieteen laitos, Groningenin yliopisto, Groningen, Alankomaat), J. L. van den Busch (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Saksa), E. van Uitert (University College London, Lontoo, Iso-Britannia) ja L. van Waerbeke (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VST-teleskoopista

Yhteystiedot

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

Massimo Viola
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 (0)71 527 8442
Sähköposti: viola@strw.leidenuniv.nl

Catherine Heymans
Institute for Astronomy, University of Edinburgh
Edinburgh, United Kingdom
Puh.: +44 131 668 8301
Sähköposti: heymans@roe.ac.uk

Konrad Kuijken
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 715275848
Matkapuhelin: +31 628956539
Sähköposti: kuijken@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei Munchen, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media