Bochums kosmologer under ledning av professor Hendrik Hildebrandt har fått nya insikter om materiens täthet och struktur i universum. Många år sedan, Hildebrandt hade redan varit involverad i ett forskningskonsortium som hade påpekat skillnader i data mellan olika grupper. Värdena som bestämdes för materiedensitet och struktur skilde sig beroende på mätmetod. En ny analys, som inkluderade ytterligare infraröd data, gjorde att skillnaderna framträdde ännu mer. De skulle kunna indikera att detta är felet i standardmodellen för kosmologi.

Gnid in, vetenskapstidningen vid Ruhr-Universität Bochum, har publicerat en rapport om Hendrik Hildebrandts forskning. Den senaste analysen av forskningskonsortiet, kallas Kilo-Degree Survey, publicerades i tidskriften Astronomi och astrofysik i januari 2020.

Två metoder för att bestämma materiens struktur

Forskarlag kan beräkna materiens densitet och struktur baserat på den kosmiska mikrovågsbakgrunden, en strålning som sänds ut kort efter Big Bang och kan mätas än idag. Det är den metod som Planck Research Consortium använder.

Kilo-Degree Survey-teamet, samt flera andra grupper, bestämt materiens densitet och struktur med hjälp av gravitationslinseffekten:eftersom föremål med hög massa avleder ljus från galaxer, dessa galaxer visas i en förvrängd form på en annan plats än de faktiskt är när de ses från jorden. Baserat på dessa snedvridningar, kosmologer kan härleda massan av de avböjande objekten och därmed universums totala massa. För att göra det, dock, de behöver veta avstånden mellan ljuskällan, det avlänkande föremålet och betraktaren, bland annat. Forskarna bestämmer dessa avstånd med hjälp av rödförskjutning, vilket innebär att ljuset från avlägsna galaxer anländer till jorden förskjutet till det röda området.

Ny kalibrering med infraröd data

För att bestämma avstånd, kosmologer tar därför bilder av galaxer vid olika våglängder, till exempel en i det blå, en i det gröna och en i det röda området; de bestämmer sedan galaxernas ljusstyrka i de enskilda bilderna. Hendrik Hildebrandt och hans team inkluderar också flera bilder från det infraröda området för att bestämma avståndet mer exakt.

Tidigare analyser hade redan visat att mikrovågsbakgrundsdata från Planck Consortium systematiskt avviker från gravitationslinseffektdata. Beroende på datamängden, avvikelsen var mer eller mindre uttalad; det var mest uttalat i Kilo-Degree Survey. "Vår datauppsättning är den enda baserad på gravitationslinseffekten och kalibrerad med ytterligare infraröd data, säger Hendrik Hildebrandt, Heisenberg professor och chef för RUB-forskningsgruppen Observational Cosmology i Bochum. "Detta kan vara orsaken till den större avvikelsen från Planck-data."

För att verifiera denna avvikelse, gruppen utvärderade datamängden från ett annat forskningskonsortium, Dark Energy Survey, med en liknande kalibrering. Som ett resultat, dessa värden avvek också ännu kraftigare från Planck-värdena.

Debatt i expertkretsar

Forskare diskuterar för närvarande om diskrepansen mellan datamängderna faktiskt är en indikation på att standardmodellen för kosmologi är fel eller inte. Kilo-Degree Survey-teamet arbetar redan med en ny analys av en mer omfattande datamängd som kan ge ytterligare insikter. Det förväntas ge ännu mer exakta uppgifter om materiens täthet och struktur under våren 2020.