Universum expanderar i en ständigt ökande takt, och medan ingen är säker på varför, forskare med Dark Energy Survey (DES) hade åtminstone en strategi för att ta reda på det:de skulle kombinera mätningar av materiens fördelning, galaxer och galaxhopar för att bättre förstå vad som händer.

Att nå det målet visade sig vara ganska knepigt, men nu ett team ledd av forskare vid Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University och University of Arizona har kommit på en lösning. Deras analys, publicerad 6 april in Fysiska granskningsbrev , ger mer exakta uppskattningar av den genomsnittliga densiteten av materia såväl som dess benägenhet att klumpa ihop sig - två nyckelparametrar som hjälper fysiker att undersöka naturen hos mörk materia och mörk energi, de mystiska ämnen som utgör den stora majoriteten av universum.

"Det är en av de bästa begränsningarna från en av de bästa datamängderna hittills, " säger Chun-Hao To, en huvudförfattare på den nya uppsatsen och en doktorand vid SLAC och Stanford som arbetar med Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology Director Risa Wechsler.

Ett tidigt mål

När DES gav sig ut 2013 för att kartlägga en åttondel av himlen, Målet var att samla in fyra typer av data:avstånden till vissa typer av supernovor, eller exploderande stjärnor; fördelningen av materia i universum; fördelningen av galaxer; och fördelningen av galaxhopar. Var och en berättar forskarna något om hur universum har utvecklats över tiden.

Helst forskare skulle sätta ihop alla fyra datakällorna för att förbättra sina uppskattningar, men det finns en hake:fördelningen av materia, galaxer, och galaxhopar är alla nära besläktade. Om forskarna inte tar hänsyn till dessa relationer, de kommer att sluta med "dubbelräkning, "lägger för mycket vikt på vissa data och inte tillräckligt på andra, Att säger.

För att undvika felhantering av all denna information, Astrofysikern Elisabeth Krause och kollegor vid University of Arizona har utvecklat en ny modell som korrekt kan redogöra för sambanden i fördelningarna av alla tre kvantiteter:materia, galaxer, och galaxhopar. Genom att göra så, de kunde producera den första analysen någonsin för att korrekt kombinera alla dessa olika datauppsättningar för att lära sig om mörk materia och mörk energi.

Förbättra uppskattningar

Att lägga till den modellen i DES-analysen har två effekter, Att säger. Först, mätningar av materiens fördelningar, galaxer och galaxhopar tenderar att introducera olika typer av fel. Genom att kombinera alla tre mätningarna blir det lättare att identifiera sådana fel, göra analysen mer robust. Andra, de tre mätningarna skiljer sig åt i hur känsliga de är för materiens genomsnittliga densitet och dess klumpighet. Som ett resultat, att kombinera alla tre kan förbättra precisionen med vilken DES kan mäta mörk materia och mörk energi.

I den nya tidningen, Till, Krause och kollegor tillämpade sina nya metoder på det första året med DES-data och skärpte precisionen i tidigare uppskattningar för materiens densitet och klumpighet.

Nu när teamet kan införliva materia, galaxer och galaxhopar samtidigt i sin analys, att lägga till supernovadata kommer att vara relativt enkelt, eftersom den typen av data inte är lika nära besläktad med de andra tre, Att säger.

"Det omedelbara nästa steget, " han säger, "är att tillämpa maskineriet på DES år 3-data, som har tre gånger större täckning av himlen." Detta är inte så enkelt som det låter:Även om grundidén är densamma, de nya uppgifterna kommer att kräva ytterligare ansträngningar för att förbättra modellen för att hålla jämna steg med den högre kvaliteten på de nyare uppgifterna, Att säger.

"Denna analys är verkligen spännande, " Sa Wechsler. "Jag förväntar mig att det kommer att sätta en ny standard för hur vi kan analysera data och lära oss om mörk energi från stora undersökningar, inte bara för DES utan ser också fram emot de otroliga data som vi kommer att få från Vera Rubin Observatorys Legacy Survey of Space and Time om några år."