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The center of the Universe vs. Dark Energy (DE); The center of the universe vs. Dark Ener
Topic Started: Sunday 17-01-2010, 13:05 (283 Views)
[Publisher] Sandozeki
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Protostar
The center of the universe vs. Dark Energy (DE)

This image is a snapshot from a computer simulation of the formation of large-scale structures in the universe, showing a patch of 100 million light-years and the resulting coherent motions of galaxies flowing towards the highest mass concentration in the centre. The snapshot refers to an epoch about 10 billion years back in time. The color scale represents the mass density, with the highest density regions painted in red and the lowest in black. The tiny yellow lines describe the intensity and direction of the galaxy's velocities. Klaus Dolag/VVDS/ESO.

Astronomers have used ESO's Very Large Telescope to measure the distribution and motions of thousands of galaxies in the distant universe. This opens fascinating perspectives to better understand what drives the acceleration of the cosmic expansion and sheds new light on the mysterious dark energy that is thought to permeate the universe.

"Explaining why the expansion of the universe is currently accelerating is certainly the most fascinating question in modern cosmology," says Luigi Guzzo, lead author of a paper in which the new results are presented. "We have been able to show that large surveys that measure the positions and velocities of distant galaxies provide us with a new powerful way to solve this mystery."

Astronomers made the stunning discovery 10 years ago that the universe is expanding at a faster pace today than it did in the past.

"This implies that one of two very different possibilities must hold true," explains Enzo Branchini, member of the team. "Either the universe is filled with a mysterious dark energy which produces a repulsive force that fights the gravitational brake from all the matter present in the universe, or, our current theory of gravitation is not correct and needs to be modified, for example by adding extra dimensions to space."

Current observations of the expansion rate of the universe cannot distinguish between these two options, but the international team of 51 scientists from 24 institutions found a way that could help in tackling this problem. The technique is based on a well-known phenomenon, namely the fact that the apparent motion of distant galaxies results from two effects: the global expansion of the universe that pushes the galaxies away from each other and the gravitational attraction of matter present in the galaxies' neighborhood that pulls them together, creating the cosmic web of large-scale structures.

This image shows maps of the distribution of galaxies in the VVDS-Wide survey, showing the presence of large-scale structures. The colors indicate the density of galaxies, going from green to blue, the latter being the densest regions. The data have been cut into three cones, from the closest galaxies (bottom) to the farthest. The sample includes galaxies whose light travelled between 1.3 and 8.5 billion years. ESO.

"By measuring the apparent velocities of large samples of galaxies over the last 30 years, astronomers have been able to reconstruct a three-dimensional map of the distribution of galaxies over large volumes of the universe. This map revealed large-scale structures such as clusters of galaxies and filamentary superclusters," says Olivier Le Fevre, member of the team. "But the measured velocities also contain information about the local motions of galaxies; these introduce small but significant distortions in the reconstructed maps of the universe. We have shown that measuring this distortion at different epochs of the universe's history is a way to test the nature of dark energy."

Guzzo and his collaborators have been able to measure this effect by using the VIMOS spectrograph on Melipal, one of the four 8.2-meter telescopes that is part of ESO's VLT. As part of the VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS), spectra of several thousands of galaxies in a 4-square-degree field (or 20 times the size of the full Moon) at epochs corresponding to about half the current age of the universe (about 7 billion years ago) were obtained and analyzed.

"This is the largest field ever covered homogeneously by means of spectroscopy to this depth," says Le Fevre. "We have now collected more than 13,000 spectra in this field and the total volume sampled by the survey is more than 25 million cubic light-years."

The astronomers compared their result with that of the 2dFGRS survey that probed the local universe, i.e. measures the distortion at the present time.

Within current uncertainties, the measurement of this effect provides an independent indication of the need for an unknown extra energy ingredient in the 'cosmic soup', supporting the simplest form of dark energy, the so-called cosmological constant, introduced originally by Albert Einstein. The large uncertainties do not yet exclude the other scenarios, though.

"We have also shown that by extending our measurements over volumes about ten times larger than the VVDS, this technique should be able to tell us whether cosmic acceleration originates from a dark energy component of exotic origin or requires a modification of the laws of gravity," says Guzzo.

"VIMOS on the VLT would certainly be a wonderful tool to perform this future survey and help us answer this fundamental question. This strongly encourages scientists to proceed with even more ambitious surveys of the distant Universe," says Le Fevre.

Esta imagen es una instantánea de una simulación por ordenador de la formación de estructuras a gran escala en el universo, mostrando un parche de 100 millones de años luz y los movimientos resultantes de galaxias coherente que fluye hacia la mayor concentración de masa en el centro. La instantánea se refiere a una época de unos 10 mil millones de años atrás en el tiempo. La escala de color representa la densidad de masa, con las regiones de más alta densidad pintado de rojo y el más bajo en negro. Las pequeñas líneas amarillas describen la intensidad y dirección de las velocidades de la galaxia. Klaus Dolag / VVDS / ESO.

Los astrónomos han usado Very Large Telescope de ESO para medir la distribución y movimientos de miles de galaxias en el universo lejano. Esto abre fascinantes perspectivas para comprender mejor lo que impulsa la aceleración de la expansión cósmica y arroja nueva luz sobre la misteriosa energía oscura que se cree que impregnan el universo.

"Explicar por qué la expansión del universo está acelerando es ciertamente la pregunta más fascinante en la cosmología moderna", dice Luigi Guzzo, autor principal de un artículo en el que se presentan los nuevos resultados. "Hemos podido demostrar que las encuestas de gran tamaño que miden las posiciones y velocidades de galaxias distantes nos proporcionan una nueva y poderosa forma de resolver este misterio".

Los astrónomos hicieron el descubrimiento impresionante hace 10 años que el universo se está expandiendo a un ritmo más rápido hoy en día que lo hizo en el pasado.

"Esto implica que una de dos posibilidades muy distintas debe ser cierto", explica Enzo Branchini, miembro del equipo. "O el Universo está lleno de una misteriosa energía oscura que produce una fuerza repulsiva que lucha contra el freno gravitacional de toda la materia presente en el universo, o nuestra teoría actual de gravitación no está correcta y necesita ser modificado, por ejemplo, añadiendo dimensiones adicionales al espacio".

Las observaciones actuales de la tasa de expansión del Universo no pueden distinguir entre estas dos opciones, pero el equipo internacional de 51 científicos de 24 instituciones encontró una forma que podría ayudar en la lucha contra este problema.

La técnica se basa en un fenómeno bien conocido, a saber, el hecho de que el movimiento aparente de galaxias distantes los resultados de dos efectos: la expansión global del Universo que empuja a las galaxias de distancia unas de otras y la atracción gravitatoria de la materia presente en las galaxias «vecindario que los junta, creando la red cósmica de estructuras a gran escala.

Esta imagen muestra los mapas de la distribución de galaxias en el VVDS estudio a escala, que muestra la presencia de estructuras a gran escala. Los colores indican la densidad de las galaxias, pasando del verde al azul, siendo este último las regiones más densas. Los datos han sido cortado en tres conos, de las galaxias más cercanas (abajo) a los más lejanos. La muestra incluye las galaxias cuya luz viaja entre 1,3 y 8,5 millones de años. ESO.

"Midiendo las velocidades aparentes de grandes muestras de galaxias en los últimos 30 años, los astrónomos han podido reconstruir un mapa tridimensional de la distribución de galaxias sobre grandes volúmenes del Universo.

Este mapa reveló estructuras a gran escala como los clusters de las galaxias y supercúmulos filamentosos ", dice Olivier Le Fèvre, miembro del equipo. "Pero las velocidades medidas también contienen información acerca de los movimientos locales de galaxias; introducir estas pequeñas pero significativas distorsiones en los mapas reconstruidos del Universo.

Hemos demostrado que la medición de esta distorsión en diferentes épocas de la historia del universo es una forma de probar la naturaleza de la energía oscura ".

Guzzo y sus colaboradores han podido medir este efecto usando el espectrógrafo VIMOS en Melipal, uno de los cuatro telescopios de 8.2 metros que es parte del VLT de ESO. Como parte del VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS), los espectros de varios miles de galaxias en un 4-square-grados de campo (o 20 veces el tamaño de la Luna llena) en épocas correspondientes a alrededor de la mitad de la edad actual del universo (alrededor de 7 mil millones de años) fueron obtenidos y analizados.

"Este es el campo más grande jamás cubierto homogéneamente por medio de la espectroscopia a esta profundidad", dice Le Fèvre. "Hemos recogido más de 13.000 espectros en este campo y el volumen total de la muestra de la encuesta es más de 25 millones de años luz cúbicos".

Los astrónomos compararon sus resultados con los de la encuesta 2dFGRS que sondeó el Universo local, es decir, medidas de la distorsión en el momento actual.

Dentro de las incertidumbres actuales, la medición de este efecto se da una indicación independiente de la necesidad de un ingrediente desconocido energía extra en la "sopa cósmica", apoyando la forma más simple de energía oscura, la llamada constante cosmológica, introducida originalmente por Albert Einstein. Las grandes incertidumbres que todavía no excluir a los otros escenarios, sin embargo.

"También hemos mostrado que extendiendo nuestras mediciones sobre volúmenes cerca de diez veces mayor que el VVDS, esta técnica debería poder decirnos si la aceleración cósmica se origina en un componente de energía oscura de origen exótico o requiere una modificación de las leyes de la gravedad, ", dice Guzzo.

"VIMOS del VLT ciertamente sería una herramienta maravillosa para realizar esta encuesta el futuro y nos ayudará a responder a esta cuestión fundamental. Esto alienta encarecidamente a los científicos a proceder con estudios aún más ambiciosos del Universo distante", dice Le Fèvre.

Attached to this post:
el_centro_del_Universo_temprano.jpg (60.5 KB)
Universo_distribucion_galaxias_en_el_tiempo.jpg (17.44 KB)
Edited by Sandozeki, Sunday 17-01-2010, 13:06.
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