Med hjälp av kvasarer, extremt ljusa föremål som drivs av supermassiva svarta hål, som kosmiska vägvisare, mätte gruppen exakt hur snabbt universum expanderade för 13 miljarder år sedan. De fann att vid denna tidiga epok var universum ungefär fem gånger långsammare än det är idag. Detta är den mest detaljerade titten på universum hittills när det bara var cirka 890 miljoner år gammalt.
Expansionshastigheten, eller Hubble-konstanten, är en nyckelingrediens för att mäta universums ålder och utveckling. Genom att göra exakta mätningar av Hubble-konstanten vid olika tidpunkter kan astronomer lära sig hur expansionshastigheten har förändrats över tiden och begränsa universums egenskaper, inklusive mängden normal materia, mörk materia och mörk energi.
Det nya resultatet bekräftar modeller baserade på den rådande kosmologiska teorin om universum, känd som Lambda-modellen för kall mörk materia, som hävdar att cirka 70 procent av universum är mörk energi och 25 procent mörk materia med endast cirka fem procent sammansatt av normal materia. .
Teamet leddes av Ohio State University professor i astronomi och astrofysik Patrick Petitjean, tillsammans med tidigare Ohio State postdoktor och nuvarande Enrico Fermi Fellow vid University of Chicago, Jeffrey Cooke, och ESO-astronomen i Chile, Jean-Philippe Uzan.
Resultaten publiceras i numret av den 25 januari av tidskriften Science.
Forskarna observerade två mycket avlägsna kvasarer bakom massiva galaxhopar med DEEP Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) på Keck II-teleskopet på Hawaii. De enorma gravitationsfälten i galaxhoparna böjer och förstorar ljuset från avlägsna objekt bakom dem, och fungerar som gigantiska linser som gör att astronomer kan se svagare, mer avlägsna objekt.
Denna speciella teknik, känd som stark gravitationslinsning, ger naturliga teleskop som förstorar bakgrundskvasarerna, vilket gör det möjligt för astronomer att mäta små förskjutningar i kvasarernas ljus orsakade av universums expansion mellan de två, extremt avlägsna objekt.
Förstoringen på grund av gravitationslinsen gjorde det möjligt för astronomerna att upptäcka ljusfluktuationer som inträffade under mycket korta tidsperioder, vilket gjorde det möjligt för dem att effektivt mäta universums expansionshastighet under endast några tiotals miljoner år.
"Detta är för närvarande den mest exakta mätningen av universums expansionshastighet som någonsin gjorts", säger Cooke, huvudförfattare till studien nu vid universitetet i Chicago. "Vi var tvungna att använda kvasarer som förstoras av gravitationslinser för att få en signifikant signal."
"Gravitationslinser gör det möjligt att använda kvasarer som linjaler för att mäta avståndet mellan två punkter i universum åtskilda av flera miljarder år," sa Petitjean. "Denna kosmiska linjal tillåter oss att exakt mäta universums expansionshastighet, vilket ger begränsningar för de mest mystiska komponenterna i universum:mörk materia och mörk energi."
Han tillade att de har tur att det finns förgrundskluster mellan kvasarerna och oss, eftersom denna gravitationsförvrängning gjorde det möjligt för teamet att mäta expansionshastigheten under en mycket tidig period av universum.
Teamet planerar att fortsätta göra liknande observationer för att ge ännu mer exakta mätningar av hur universums expansionshastighet har utvecklats över tiden. Dessa observationer kommer att hjälpa astronomer att ytterligare begränsa modeller för universums utveckling och bestämma naturen hos de mystiska ämnen som genomsyrar stora delar av kosmos men ändå förblir oupptäckta av teleskop.
