Deze week zijn de resultaten bekendgemaakt van het eerste jaar (14 mei 2021-12 juni 2022) van waarnemingen gedaan met het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), een spectroscoop waarmee sterrenstelsels tot 11 miljard lichtjaar afstand zijn waargenomen. DESI is verbonden aan de 4-m Mayall telescoop van het Kitt Peak National Observatory (KPNO) in Arizona in de VS. DESI telt 5000 optische vezels (fibers) bevestigd aan het 0,8 meter brede brandvlak. De 5000 vezels lopen langs de achterkant van de telescoop naar een ruimte met 10 spectrografen, die elk tegelijkertijd het licht van 500 sterrenstelsels analyseren. Op deze wijze heeft het internationale DESI-team van meer dan 900 sterrenkundigen in jaar 1 honderduizenden quasars en sterrenstelsels spectroscopisch onderzocht. Daarmee konden ze heel nauwkeurig de omvang van Baryon Acoustic Oscillations (BAO's) meten, waarover meer wordt verteld in de paragraaf hieronder. Uitkomst van DESI's Jaar 1 is dat de waarnemingen in lijn zijn met het vigerende ΛCDM model van het heelal, het model dat er van uit gaat dat er donkere energie (Λ) en donkere materie (CDM) in het heelal zijn, die het lot van het heelal bepalen. Maar er lijken in de waarnemingen aanwijzingen te zijn die zeggen dat donkere energie geen constante is, maar langzaam in sterkte afneemt.
BAO's
Ze worden BAO's genoemd, de zogeheten Baryonische Accoustische Oscillaties, golven in het hete plasma in het vroege heelal (vóór het moment van het oppervlak van de laatste verstrooing, 380.000 jaar na de oerknal), die zich als uitdijende geluidsgolven in een medium gedroegen en die zich vanuit een centraal punt naar buiten toe verspreidden. Die golven met verhoogde dichtheid in het plasma breiden zich uit tót het moment dat het plasma door het uitdijende heelal zo ver was afgekoeld dat de elektronen en atoomkernen konden fuseren tot neutrale atomen, hetgeen 380.000 jaar na de oerknal gebeurde, toen het plasma 3000K heet was en de roodverschuiving z∼1100 (let that sink in!). Toen stopten die BAO's met groeien en hadden ze een bepaalde grootte, die als het ware 'bevroor'. Omdat de dichtheid in de golven groter was dan elders groeiden die golven later uit tot de plekken waar zich meer sterrenstelsels zich bevinden en het zijn die BAO's die in 2005 voor het eerst werden ontdekt. De grootte van de BAO's is circa 490 miljoen lichtjaar. Dat is groter dan 380.000 jaar na de oerknal, maar dat kan verklaard worden uit de uitdijing van het heelal. Daarmee vormen de BAO's een uitstekend hulpmiddel om afstanden in het heelal en daarmee ook de uitdijingssnelheid van het heelal te meten.
Met DESI werden 450.000 ver verwijderde quasars waargenomen, waarvan het licht onderweg naar de aarde intergalkactische wolken van waterstofgas passeerde. Door die passage wordt straling geabsorbeerd bij bepaalde golflengten en dat levert een zogeheten Lyman-alpha "forest" op, hieronder weergegeven als het bruin-groene gedeelte van een gemeten spectrum. Met zo'n Lyman-α bos kunnen afstanden nauwkeurig gemeten geworden en dat kan dan weer gebruikt worden om de snelheid te meten waarmee het heelal uitdijt.
Met DESI kon men de grootte van de bellen van de BAO's meten op verschillende momenten in het heelal meten, omdat ze meegroeien met de uitdijing van het heelal. In de grafiek zie je de resultaten daarvan. In de grafiek is de horizontale doorgetrokken lijn de waarde die het ΛCDM model levert, de gestreepte lijn is van een model dat er van uit gaat dat donkere energie kan variëren in de tijd. Het lijkt erop dat DESI meer overeenkomt met het laatste model dan met ΛCDM.
In de 'cartoon' hieronder worden die verschillende BAO's op de verschillende momenten in de geschiedenis van het heelal nog eens uitgelegd. In de video onderaan wordt het ook nog eens geïllustreerd.
DESI heeft ook de waarde van de Hubble constante gemeten, de constante die een aanduiding is voor de snelheid waarmee het heelal uitdijt. De gevonden waarde is H0=68,52 ± 0,62 km/s/Mpc. Die waarde is in overeenstemming met eerdere metingen gedaan o.a. met de Planck satelliet aan de kosmische microgolf-achtergrondstraling, maar afwijkend van metingen aan het nabije heelal met onder andere Cepheïden en type Ia supernovae door Hubble en Webb. Da's geen nieuws, want dat is de bekende Hubble spanning, die daarmee recht overeind blijft staan.
Hieronder tenslotte nog een tiental Tweets, eh…nee X'en, waarin in het kort alles over jaar 1 van DESI wordt verteld.
Breaking news! Today we announce the most precise measurements of our expanding Universe using the BAO signal in 6.1 Million galaxies and quasars from Year 1, tracing dark energy through cosmic time. See @BerkeleyLab PR at https://t.co/3BZm4VQU9A 1/10
— DESI Survey (@desisurvey) April 4, 2024
Vakartikelen van DESI Year 1
- DESI Collaboration et al., DESI 2024 III: Baryon Acoustic Oscillations from Galaxies and Quasars
- DESI Collaboration et al., DESI 2024 IV: Baryon Acoustic Oscillations from the Lyman Alpha Forest
- DESI Collaboration et al., DESI 2024 VI: Cosmological Constraints from the Measurements of Baryon Acoustic Oscillations
Bron: LBL.