Det supermassiva svarta hålet i mitten av en avlägsen galax är omgivet av en dammig materia som faller in. Enorma mängder ljus avges och gör kvasarer betydligt ljusare än typiska galaxer, och avlägsna kvasarer kan därför användas för att kartlägga det avlägsna universum. Kredit:Hubble-teleskopets webbplats
Astronomer har konstruerat den första kartan över universum baserat på positionerna för supermassiva svarta hål, som avslöjar universums storskaliga struktur.
Kartan mäter exakt universums expansionshistoria tillbaka till när universum var mindre än tre miljarder år gammalt. Det kommer att bidra till att förbättra vår förståelse av 'Dark Energy', den okända processen som får universums expansion att påskyndas.
Kartan skapades av forskare från Sloan Digital Sky Survey (SDSS), ett internationellt samarbete inklusive astronomer från University of Portsmouth.
Som en del av SDSS Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), forskare mätte positionerna för kvasarer - extremt ljusa skivor av materia som virvlar runt supermassiva svarta hål i mitten av avlägsna galaxer. Ljuset som når oss från dessa föremål lämnade vid en tidpunkt då universum var mellan tre och sju miljarder år gammalt, långt innan jorden ens existerade.
Kartfynden bekräftar standardmodellen för kosmologi som forskare har byggt under de senaste 20 åren. I denna modell, universum följer förutsägelserna i Einsteins allmänna relativitetsteori men inkluderar komponenter som, medan vi kan mäta deras effekter, vi förstår inte vad som orsakar dem.
Tillsammans med den vanliga materia som utgör stjärnor och galaxer, Mörk energi är den dominerande komponenten för närvarande, och det har speciella egenskaper som gör att det gör att universums expansion expanderar.
Den största tredimensionella kartan över universum någonsin. Jorden är till vänster, och avstånd till galaxer och kvasarer märks av tillbakablickstiden till objekten (återblickstid betyder hur länge ljuset från ett objekt har färdats för att nå oss här på jorden). Placeringen av kvasarer (galaxer med supermassiva svarta hål) visas av de röda prickarna, och närmare galaxer kartlagda av SDSS visas också (gul). Den högra kanten av kartan är gränsen för det observerbara universum, från vilken vi ser den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) - ljuset "överblivet" från Big Bang. Fluktuationer i CMB som observerats av det senaste ESA Planck -satellituppdraget visas. Huvuddelen av det tomma utrymmet mellan kvasarerna och kanten av det observerbara universum är från "mörka åldrar", innan de flesta stjärnor bildades, galaxer, eller kvasarer. Kredit:Anand Raichoor and the SDSS Collaboration
Will Percival, Professor i kosmologi vid University of Portsmouth, vem är eBOSS-undersökningsforskaren sa:"Även om vi förstår hur gravitationen fungerar, vi förstår fortfarande inte allt - det finns fortfarande frågan om vad just Dark Energy är. Vi skulle vilja förstå Dark Energy ytterligare. Inte med alternativa fakta, men med den vetenskapliga sanningen, och undersökningar som eBOSS hjälper oss att bygga upp vår förståelse för universum. "
För att göra kartan, forskare använde Sloan-teleskopet för att observera mer än 147, 000 kvasarer. Dessa observationer gav laget kvasarernas avstånd, som de använde för att skapa en tredimensionell karta över var kvasarerna finns.
Men för att använda kartan för att förstå universums expansionshistoria, astronomer var tvungna att gå ett steg längre och mäta avtrycket av ljudvågor, känd som baryon akustiska oscillationer (BAOs), reser i det tidiga universum. Dessa ljudvågor reste när universum var mycket varmare och tätare än det universum vi ser idag. När universum var 380, 000 år gammal, förhållandena förändrades plötsligt och ljudvågorna blev "frusna" på plats. Dessa frusna vågor lämnas inpräntade i den tredimensionella strukturen av universum vi ser idag.
Med hjälp av den nya kartan, den observerade storleken på BAO kan användas som en "standard linjal" för att mäta avstånd i vårt universum. "Du har meter för små längdenheter, kilometer eller miles för avstånd mellan städer, och vi har BAO för avstånd mellan galaxer och kvasarer i kosmologi, " förklarade Pauline Zarrouk, en doktorand vid Irfu/CEA, Universitetet Paris-Saclay, som mätte fördelningen av den observerade storleken av BAO.
De aktuella resultaten täcker ett antal gånger där de aldrig har observerats tidigare, mäta förhållandena när universum bara var tre till sju miljarder år gammalt, mer än två miljarder år innan jorden bildades.
eBOSS-experimentet fortsätter att använda Sloan Telescope, vid Apache Point Observatory i New Mexico, USA, observera fler kvasarer och närmare galaxer, öka storleken på den producerade kartan. När det är klart, en ny generation av himmelundersökningar kommer att börja, inklusive Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) och European Space Agency Euclid-satellituppdrag. Dessa kommer att öka kartornas trohet med en faktor tio jämfört med eBOSS, avslöjar universum och mörk energi i oöverträffad detalj.
