Survei Energi Gelap Rilis Pandangan Paling Tepat pada Evolusi Alam Semesta

Dalam 29 makalah ilmiah baru, Survei Energi Gelap memeriksa peta distribusi dan bentuk galaksi terbesar yang pernah ada, membentang lebih dari 7 miliar tahun cahaya melintasi Semesta. Analisis yang luar biasa tepat, yang mencakup data dari tiga tahun pertama survei, berkontribusi pada pengujian paling kuat dari model terbaik Semesta saat ini, model kosmologis standar.  

Namun, petunjuk yang tersisa dari data DES sebelumnya dan eksperimen lain bahwa materi di Alam Semesta saat ini beberapa persen lebih sedikit dari yang diperkirakan.

Gambar: www.dictio.id

Hasil baru dari Dark Energy Survey (DES) menggunakan sampel galaksi terbesar yang pernah diamati di hampir seperdelapan langit untuk menghasilkan pengukuran paling tepat hingga saat ini tentang komposisi dan pertumbuhan Semesta.

DES memotret langit malam menggunakan Kamera Energi Gelap 570 megapiksel pada Teleskop 4 meter Víctor M. Blanco dari National Science Foundation di Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) di Chili, Program NOIRLab NSF. Salah satu kamera digital paling kuat di dunia, Dark Energy Camera dirancang khusus untuk DES. Itu didanai oleh Departemen Energi (DOE) dan dibangun dan diuji di Fermilab DOE.

Selama enam tahun, dari 2013 hingga 2019, DES menggunakan 30% waktu di Teleskop Blanco dan menyurvei 5.000 derajat persegi -- hampir seperdelapan dari seluruh langit -- dalam 758 malam pengamatan, membuat katalog ratusan juta dari objek. Hasil yang diumumkan hari ini diambil dari data dari tiga tahun pertama - 226 juta galaksi yang diamati selama 345 malam - untuk membuat peta terbesar dan paling tepat tentang distribusi galaksi di Alam Semesta pada zaman yang relatif baru. Data DES diproses di National Center for Supercomputing Applications di University of Illinois di Urbana-Champaign.

"NOIRLab adalah tuan rumah yang bangga dan anggota kolaborasi DES," kata Steve Heathcote, Associate Director CTIO. "Baik selama dan setelah survei, Kamera Energi Gelap telah menjadi pilihan populer bagi komunitas dan astronom Chili."

Saat ini Kamera Energi Gelap digunakan untuk program yang mencakup sejumlah besar ilmu pengetahuan termasuk kosmologi. Arsip ilmu Dark Energy Camera, termasuk DES Data Release 2 yang menjadi dasar hasil ini, dikuratori oleh Community Science and Data Center (CSDC), sebuah Program NOIRLab NSF. CSDC menyediakan sistem perangkat lunak, layanan pengguna, dan inisiatif pengembangan untuk menghubungkan dan mendukung misi ilmiah teleskop NOIRLab, termasuk teleskop Blanco di CTIO.

Karena DES mempelajari galaksi terdekat serta miliaran tahun cahaya, petanya memberikan gambaran tentang struktur alam semesta skala besar saat ini dan pandangan tentang bagaimana struktur itu berevolusi selama 7 miliar tahun terakhir.

Materi biasa hanya membuat sekitar 5% dari Alam Semesta. Energi gelap, yang dihipotesiskan para kosmolog mendorong percepatan perluasan Alam Semesta dengan melawan gaya gravitasi, menyumbang sekitar 70%. 25% terakhir adalah materi gelap, yang pengaruh gravitasinya mengikat galaksi bersama. Materi gelap dan energi gelap tetap tidak terlihat. DES berusaha untuk menerangi sifat mereka dengan mempelajari bagaimana persaingan di antara mereka membentuk struktur alam semesta skala besar selama waktu kosmik.

Untuk mengukur distribusi materi gelap dan efek energi gelap, DES mengandalkan dua fenomena. Pertama, pada skala besar galaksi tidak didistribusikan secara acak di seluruh ruang melainkan membentuk struktur seperti jaring yang disebabkan oleh gravitasi materi gelap. DES mengukur bagaimana jaring kosmik ini berevolusi sepanjang sejarah Alam Semesta. Pengelompokan galaksi yang membentuk jaring kosmik pada gilirannya mengungkapkan wilayah dengan kepadatan materi gelap yang lebih tinggi.

Kedua, DES mendeteksi tanda materi gelap melalui lensa gravitasi yang lemah. Saat cahaya dari galaksi yang jauh bergerak melalui ruang angkasa, gravitasi dari materi biasa dan materi gelap di latar depan dapat membelokkan jalurnya, seolah-olah melalui lensa, menghasilkan gambar galaksi yang terdistorsi seperti yang terlihat dari Bumi. Dengan mempelajari bagaimana bentuk nyata dari galaksi-galaksi jauh sejajar satu sama lain dan dengan posisi galaksi-galaksi terdekat di sepanjang garis pandang, para ilmuwan DES dapat menyimpulkan gumpalan materi gelap di alam semesta.

Untuk menguji model alam semesta saat ini oleh para kosmolog, para ilmuwan DES membandingkan hasil mereka dengan pengukuran dari observatorium Planck yang mengorbit Badan Antariksa Eropa. Planck menggunakan cahaya yang dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik untuk mengintip kembali ke alam semesta awal, hanya 400.000 tahun setelah Big Bang. Data Planck memberikan pandangan yang tepat tentang Alam Semesta 13 miliar tahun yang lalu, dan model kosmologis standar memprediksi bagaimana materi gelap harus berevolusi hingga saat ini.

Dikombinasikan dengan hasil sebelumnya, DES memberikan pengujian paling kuat dari model terbaik Semesta saat ini hingga saat ini, dan hasilnya konsisten dengan prediksi model standar kosmologi. Namun, petunjuk tetap ada dari DES dan beberapa survei galaksi sebelumnya bahwa Alam Semesta saat ini beberapa persen lebih kecil dari yang diperkirakan.

Sepuluh wilayah langit dipilih sebagai "bidang dalam" yang dicitrakan oleh Kamera Energi Gelap berulang kali selama survei. Susun gambar-gambar itu bersama-sama memungkinkan para ilmuwan untuk melihat galaksi yang lebih jauh. Tim kemudian menggunakan informasi pergeseran merah dari lapangan dalam untuk mengkalibrasi sisa wilayah survei. Ini dan kemajuan lainnya dalam pengukuran dan pemodelan, ditambah dengan peningkatan data tiga kali lipat dibandingkan dengan tahun pertama, memungkinkan tim untuk menentukan kepadatan dan rumpun Semesta dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya.

DES mengakhiri pengamatannya terhadap langit malam pada tahun 2019. Dengan pengalaman yang diperoleh dari menganalisis paruh pertama data, tim sekarang siap untuk menangani kumpulan data lengkap. Analisis DES terakhir diharapkan dapat memberikan gambaran yang lebih tepat tentang materi gelap dan energi gelap di alam semesta.

Kolaborasi DES terdiri dari lebih dari 400 ilmuwan dari 25 institusi di tujuh negara.

"Kolaborasi ini sangat muda. Ini sangat condong ke arah postdoc dan mahasiswa pascasarjana yang melakukan banyak pekerjaan ini," kata Direktur dan juru bicara DES Rich Kron, yang merupakan ilmuwan Fermilab dan Universitas Chicago. "Itu benar-benar memuaskan. Generasi baru ahli kosmologi sedang dilatih menggunakan Survei Energi Gelap."

Metode yang dikembangkan oleh tim telah membuka jalan bagi survei langit di masa depan seperti Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time. "DES menunjukkan bahwa era data survei besar telah dimulai dengan baik dan benar," catat Chris Davis, Direktur Program NSF untuk NOIRLab. "DES pada teleskop Blanco NSF telah menetapkan tempat untuk penemuan luar biasa yang akan datang dengan Observatorium Rubin selama dekade mendatang."