Was sind baryonische akustische Oszillationen?

Baryonische akustische Oszillationen (BAOs) sind periodische Muster von Dichteschwankungen im kosmischen Mikrowellenhintergrund, die aus der Frühzeit des Universums stammen. Sie entstanden etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall, als das Universum abgekühlt genug war, um die Bildung von Atomkernen zuzulassen. Zu diesem Zeitpunkt breiteten sich Wellen von Photonen und Baryonen durch den Raum aus und erzeugten ein charakteristisches Muster von Über- und Unter-Dichten, das durch die Akustik der Materie-Strahlung-Wechselwirkung beeinflusst wurde.

Über Milliarden von Jahren hinweg haben sich diese Muster aufgrund der Gravitation ausgedehnt und sind heute als leichte Schwankungen in der Verteilung von Galaxien im Universum erkennbar. Die Untersuchung von BAOs ist daher ein wichtiges Werkzeug, um die kosmische Geschichte zu verstehen und die Natur der Dunklen Energie, die für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist, zu erforschen.

Wie werden sie gemessen?

Die Beobachtung von BAOs erfolgt durch die Analyse der dreidimensionalen Verteilung von Galaxien im Universum, die von großen Himmelsdurchmusterungen wie dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) und dem Dark Energy Survey (DES) durchgeführt werden. Durch die Kombination von Daten über die räumliche Verteilung von Galaxien und der statistischen Analyse ihrer Abstände zueinander können Wissenschaftler die Größe von BAOs messen und ihre Rolle in der kosmischen Geschichte bestimmen.

Durch die Messung von BAOs können Astronomen auch die Größe des Universums in einer bestimmten Entfernung bestimmen. Dies ist wichtig, um Modelle der kosmischen Expansion zu verbessern und die Natur der Dunklen Energie zu verstehen. In den letzten Jahren haben Fortschritte in der Beobachtungstechnologie es ermöglicht, die Messungen von BAOs auf immer größere Entfernungen auszudehnen und damit das Verständnis des kosmischen Maßstabs zu erweitern.

Anwendungen in Kosmologie und Astrophysik

Die Untersuchung von BAOs hat weitreichende Auswirkungen auf die Kosmologie und Astrophysik. Durch die Messung von BAOs können Wissenschaftler die Werte von kosmologischen Parametern wie der Hubble-Konstante und der Dunklen Energie genauer bestimmen. Sie können auch Vorhersagen von kosmologischen Modellen testen und verfeinern, die die Entwicklung des Universums und seiner Strukturen beschreiben.

Darüber hinaus ermöglichen BAOs auch die Untersuchung von Dunkler Materie, die für die Strukturbildung im Universum verantwortlich ist. Durch die Analyse der Verteilung von Galaxien um BAOs können Astronomen die Verteilung von Dunkler Materie rekonstruieren und ihre Eigenschaften untersuchen.

Beispiel: Die BOSS-Untersuchung der BAO-Signale

Ein herausragendes Beispiel für die Verwendung von BAOs zur Erforschung der kosmischen Geschichte ist die Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Diese Himmelsdurchmusterung, die Teil des SDSS war, untersuchte die Verteilung von mehr als einer Million Galaxien im Universum und maß ihre Abstände zueinander, um BAOs in einer Entfernung von bis zu zehn Milliarden Lichtjahren zu untersuchen.

Die Ergebnisse der BOSS-Untersuchung ergaben eine präzise Messung des Größenverhältnisses von BAOs zur Entfernung, was es den Wissenschaftlern ermöglichte, die Expansion des Universums und die Natur der Dunklen Energie genauer zu untersuchen. Die BOSS-Untersuchung war ein wichtiger Meilenstein in der kosmischen Forschung und hat unser Verständnis der kosmischen Geschichte und Strukturbildung erheblich erweitert.