Föreställ dig att plantera ett enda frö och, med stor precision, att kunna förutsäga den exakta höjden på trädet som växer från det. Föreställ dig nu att resa till framtiden och ta fotografiska bevis på att du hade rätt.

Om du tänker på fröet som det tidiga universum, och trädet som universum som det ser ut nu, du har en uppfattning om vad Dark Energy Survey (DES)-samarbetet just har gjort. I en presentation idag vid American Physical Society Division of Particles and Fields möte vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Fermi National Accelerator Laboratory, DES-forskare kommer att avslöja den mest exakta mätningen som någonsin gjorts av universums nuvarande storskaliga struktur.

Dessa mätningar av mängden och "klumpigheten" (eller distributionen) av mörk materia i dagens kosmos gjordes med en precision som, för första gången, konkurrerar med slutsatser från det tidiga universum från European Space Agencys kretsande Planck-observatorium. Det nya DES-resultatet (trädet, i ovanstående metafor) är nära "prognoser" gjorda från Planck-mätningarna från det avlägsna förflutna (fröet), gör det möjligt för forskare att förstå mer om hur universum har utvecklats under 14 miljarder år.

"Det här resultatet är mer än spännande, " sa Scott Dodelson från Fermilab, en av de ledande forskarna på detta resultat. "För första gången, vi kan se universums nuvarande struktur med samma klarhet som vi kan se dess linda, och vi kan följa trådarna från den ena till den andra, bekräftar många förutsägelser på vägen."

Framför allt, detta resultat stöder teorin att 26 procent av universum är i form av mystisk mörk materia och att rymden är fylld med en också osynlig mörk energi, som orsakar den accelererande expansionen av universum och utgör 70 procent.

Paradoxalt, det är lättare att mäta universums storskaliga klumpighet i det avlägsna förflutna än det är att mäta det idag. Under de första 400, 000 år efter Big Bang, universum var fyllt med en glödande gas, ljuset som överlever till denna dag. Plancks karta över denna kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålning ger oss en ögonblicksbild av universum vid den mycket tidiga tiden. Sedan dess, gravitationen av mörk materia har dragit ihop massa och gjort universum klumpigare med tiden. Men mörk energi har slagit tillbaka, trycker isär materia. Att använda Planck-kartan som en början, kosmologer kan beräkna exakt hur denna kamp utspelar sig under 14 miljarder år.

"DES-mätningarna, jämfört med Planck-kartan, stödja den enklaste versionen av teorin om mörk materia/mörk energi, sa Joe Zuntz, vid University of Edinburgh, som arbetade med analysen. "Ögonblicket vi insåg att vår mätning matchade Planck-resultatet inom 7 procent var spännande för hela samarbetet."

Det primära instrumentet för DES är 570-megapixel Dark Energy Camera, en av de mäktigaste som finns, kunna fånga digitala bilder av ljus från galaxer åtta miljarder ljusår från jorden. Kameran byggdes och testades på Fermilab, det ledande laboratoriet på Dark Energy Survey, och är monterad på National Science Foundations 4-meters Blanco-teleskop, del av Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile, en avdelning av National Optical Astronomy Observatory. DES-data behandlas vid National Center for Supercomputing Applications vid University of Illinois i Urbana-Champaign.

Forskare på DES använder kameran för att kartlägga en åttondel av himlen i oöverträffad detalj under fem år. Det femte observationsåret börjar i augusti. De nya resultaten som släpptes idag bygger på data som endast samlats in under undersökningens första år, som täcker 1/30 av himlen.

"Det är fantastiskt att teamet har lyckats uppnå sådan precision från endast det första året av sin undersökning, " sa National Science Foundation Program Director Nigel Sharp. "Nu när deras analystekniker är utvecklade och testade, vi ser med spänning fram emot genombrottsresultat när undersökningen fortsätter."

DES-forskare använde två metoder för att mäta mörk materia. Först, de skapade kartor över galaxpositioner som spårämnen, och andra, de mätte exakt formerna på 26 miljoner galaxer för att direkt kartlägga mönstren av mörk materia över miljarder ljusår, använder en teknik som kallas gravitationslinsning.

För att göra dessa ultraexakta mätningar, DES-teamet utvecklade nya sätt att upptäcka de små linsförvrängningarna i galaxbilder, en effekt som inte ens syns för ögat, möjliggör revolutionära framsteg för att förstå dessa kosmiska signaler. I processen, de skapade den största guiden för att upptäcka mörk materia i kosmos som någonsin ritats (se bild). Den nya mörka materiekartan är 10 gånger så stor som den DES som släpptes 2015 och kommer så småningom att bli tre gånger större än den är nu.

"Det är en enorm laginsats och kulmen på år av fokuserat arbete, " sa Erin Sheldon, en fysiker vid DOE:s Brookhaven National Laboratory, som var med och utvecklade den nya metoden för att upptäcka linsförvrängningar.

Dessa resultat och andra från det första året av Dark Energy Survey kommer att släppas idag online och tillkännages under ett föredrag av Daniel Gruen, NASA Einstein-stipendiat vid Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology vid DOE:s SLAC National Accelerator Laboratory, klockan 17.00 Central tid. Talet är en del av APS Division of Particles and Fields möte på Fermilab och kommer att streamas live.

Resultaten kommer också att presenteras av Kavli-stipendiat Elisabeth Krause från Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology vid SLAC vid TeV Particle Astrophysics Conference i Columbus, Ohio, den 9 augusti; och av Michael Troxel, postdoktor vid Center for Cosmology and AstroParticle Physics vid Ohio State University, vid International Symposium on Lepton Photon Interactions at High Energies i Guanzhou, Kina, den 10 augusti. Alla dessa tre talare är koordinatorer för DES vetenskapsarbetsgrupper och lämnade viktiga bidrag till analysen.

"The Dark Energy Survey har redan levererat några anmärkningsvärda upptäckter och mätningar, och de har knappt skrapat på ytan av sina data, ", sa Fermilabs direktör Nigel Lockyer. "Dagens världsledande resultat pekar framåt mot de stora framsteg som DES kommer att göra mot att förstå mörk energi under de kommande åren."