Sloan Digital Sky Survey (SDSS) släppte idag en omfattande analys av den största tredimensionella kartan över universum som någonsin skapats, fylla i de viktigaste luckorna i vår möjliga utforskning av dess historia.

"Vi känner både universums gamla historia och dess senaste expansionshistoria ganska väl, men det finns en besvärlig lucka i mitten av 11 miljarder år, säger kosmolog Kyle Dawson vid University of Utah, som leder laget som tillkännager dagens resultat. "I fem år, vi har arbetat för att fylla den luckan, och vi använder den informationen för att tillhandahålla några av de mest betydande framstegen inom kosmologi under det senaste decenniet."

De nya resultaten kommer från den utökade Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), ett internationellt samarbete med mer än 100 astrofysiker som är en av SDSS:s komponentundersökningar. Kärnan i de nya resultaten är detaljerade mätningar av mer än två miljoner galaxer och kvasarer som täcker 11 miljarder år av kosmisk tid.

Vi vet hur universum såg ut i sin linda, tack vare de tusentals forskare från hela världen som har mätt de relativa mängderna av grundämnen som skapades strax efter Big Bang, och som har studerat den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Vi känner också till dess expansionshistoria under de senaste miljarderna åren från galaxkartor och avståndsmätningar, inklusive de från tidigare faser av SDSS.

"Tagen tillsammans, detaljerade analyser av eBOSS-kartan och de tidigare SDSS-experimenten har nu gett de mest exakta expansionshistorikmätningarna över det bredaste intervallet någonsin av kosmisk tid, säger Will Percival från University of Waterloo, eBOSSs undersökningsforskare. "Dessa studier tillåter oss att koppla alla dessa mätningar till en komplett berättelse om universums expansion."

En närmare titt på kartan avslöjar filamenten och tomrummen som definierar strukturen i universum, från den tid då universum bara var omkring 300, 000 år gammal. Från denna karta, forskare mäter mönster i utbredningen av galaxer, som ger flera nyckelparametrar i vårt universum till bättre än en procents noggrannhet. Signalerna för dessa mönster visas i infällningarna i bilden.

Den här kartan representerar den kombinerade ansträngningen av mer än 20 års kartläggning av universum med Sloan Foundation-teleskopet. Den kosmiska historien som har avslöjats på den här kartan visar att för ungefär sex miljarder år sedan, universums expansion började accelerera, och har fortsatt att bli snabbare och snabbare sedan dess. Denna accelererade expansion verkar bero på en mystisk osynlig komponent i universum som kallas "mörk energi, " överensstämmer med Einsteins allmänna relativitetsteori men extremt svår att förena med vår nuvarande förståelse av partikelfysik.

Att kombinera observationer från eBOSS med studier av universum i dess linda avslöjar sprickor i denna bild av universum. Särskilt, eBOSS-teamets mätning av universums nuvarande expansionshastighet ("Hubble-konstanten") är cirka 10 procent lägre än värdet som hittats från avstånd till närliggande galaxer. Den höga precisionen hos eBOSS-data gör att det är högst osannolikt att denna oöverensstämmelse beror på slumpen, och det rika utbudet av eBOSS-data ger oss flera oberoende sätt att dra samma slutsats.

"Endast med kartor som vår kan du faktiskt säga säkert att det finns en obalans i Hubble-konstanten, säger Eva-Maria Mueller vid University of Oxford, som ledde analysen för att tolka resultaten från hela SDSS-provet. "De här nyaste kartorna från eBOSS visar det tydligare än någonsin tidigare."

Det finns ingen allmänt accepterad förklaring till denna skillnad i uppmätta expansionshastigheter, men en spännande möjlighet är att en tidigare okänd form av materia eller energi från det tidiga universum kan ha lämnat spår i vår historia.

Totalt, eBOSS-teamet offentliggjorde idag resultaten från mer än 20 vetenskapliga artiklar. Dessa tidningar beskriver, på mer än 500 sidor, teamets analyser av de senaste eBOSS-data, markerar slutförandet av undersökningens huvudmål.

Inom eBOSS-teamet, enskilda grupper vid universitet runt om i världen fokuserade på olika aspekter av analysen. För att skapa den del av kartan som går tillbaka sex miljarder år, laget använde stora, röda galaxer. Längre ut, de använde yngre, blå galaxer. Till sist, att kartlägga universum elva miljarder år i det förflutna och mer, de använde kvasarer, som är ljusa galaxer som lyser upp av material som faller på ett centralt supermassivt svart hål. Vart och ett av dessa prov krävde noggrann analys för att avlägsna föroreningar, och avslöjar universums mönster.

"Genom att kombinera SDSS-data med ytterligare data från Cosmic Microwave Background, supernovor, och andra program, vi kan samtidigt mäta många grundläggande egenskaper hos universum, " säger Mueller. "SDSS-data täcker en så stor del av kosmisk tid att de ger de största framstegen av någon sond för att mäta universums geometriska krökning, tycker att det är platt. De tillåter också mätningar av den lokala expansionshastigheten till bättre än en procent."

eBOSS, och SDSS mer generellt, lämnar pusslet av mörk energi, och obalansen mellan lokal och tidig universums expansionshastighet, som ett arv till framtida projekt. Under nästa decennium, framtida undersökningar kan lösa gåtan, eller kanske, kommer att avslöja fler överraskningar.

Under tiden, med fortsatt stöd från Alfred P. Sloan Foundation och institutionella medlemmar, SDSS är långt ifrån klar med sitt uppdrag att kartlägga universum. Karen Masters från Haverford College, Talesperson för den nuvarande fasen av SDSS, beskrev hennes spänning inför nästa fas. "Sloan Foundation Telescope och dess nästan tvilling vid Las Campanas Observatory kommer att fortsätta att göra astronomiska upptäckter som kartlägger miljontals stjärnor och svarta hål när de förändras och utvecklas över kosmisk tid." SDSS-teamet är upptaget med att bygga hårdvaran för att starta denna nya fas och ser fram emot de kommande 20 årens nya upptäckter.