D1 Beobachtbares Universum: Dreidimensionale spektroskopische Kartografien

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist die dreidimensionale Karte des Universums, die aus den Spektren von Millionen von Galaxien erstellt wurde. Diese Spektren wurden gleichzeitig von zwei großflächigen spektroskopischen Durchmusterungen gewonnen.

Eine dieser Durchmusterungen verwendet eine Großformatkamera und einen Spektrographen mit Hunderten von optischen Fasern, die an einem Teleskop mit 2,5 Metern Durchmesser montiert sind. Die neuere der beiden Durchmusterungen hingegen verwendet 5.000 robotische Faserpositionierer, die gleichzeitig auf 5.000 Objekte an einem Teleskop mit 4 Metern Durchmesser gerichtet sind und Spektren in zehn verschiedenen Spektralbändern gleichzeitig aufnehmen.

Jede optische Faser speist Licht von einem Objekt in einen Spektrographen ein, der dieses Licht zerlegt und die genaue Wellenlänge seiner Emissions- und Absorptionslinien misst. Aus dieser Messung wird die Rotverschiebung jeder Galaxie bestimmt.

Der bemerkenswerteste Aspekt der neuesten Durchmusterung ist ihr robotischer Positionierer: Tausende von unabhängigen Aktuatoren positionieren jede Faser in nur wenigen Sekunden mit einer Genauigkeit von nur wenigen Mikrometern. Dadurch kann ein gesamtes Himmelsfeld fotografiert und der Vorgang ohne Unterbrechung wiederholt werden. Im Jahr 2025 lieferte dieselbe Untersuchung die bisher präziseste Messung baryonischer akustischer Oszillationen über einen weiten Rotverschiebungsbereich und fand erste Hinweise darauf, dass Dunkle Energie möglicherweise nicht vollkommen konstant ist.

Diese Skala akustischer Oszillationen dient auch als kosmischer Standard: Die Messung ihrer Winkelgröße in Abhängigkeit von der Rotverschiebung ermöglicht die Bestimmung der Expansionsrate des Universums, ohne Annahmen über die Physik der Dunklen Energie treffen zu müssen. So ergibt sich aus der dreidimensionalen Karte des Universums, mit der dieses Dokument beginnt, und der kosmischen Standardregel, mit der es endet – über die robotischen Faserpositionierer und die Rotverschiebung jeder Galaxie –, dass Millionen einzelner Spektren, einzeln aufgenommen, letztendlich die vollständige Karte und die Expansionsrate des Universums ergeben.

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