Najbardziej szczegółowa mapa ciemnej materii naszego wszechświata jest dziwnie gładka

Kopuła teleskopu Victora M. Blanco w Chile. Reidar Hahn, Fermilab

Próba opisania ciemnej materii jest jak próba opisania ducha, który mieszka w twoim domu. W ogóle tego nie widzisz, ale co ty Móc zobacz to wszystko, co się porusza. A jedynym wyjaśnieniem jest niewidzialna siła, której nie można obserwować, mierzyć ani bezpośrednio oddziaływać.

Wiemy, że ciemna materia istnieje, ponieważ możemy obserwować jej wpływ na wszystkie rzeczy wirujące we wszechświecie. Naukowcy szacują, że około 27% wszechświata składa się z ciemnej materii (68% to ciemna energia, a ostatnie 5% to zwykła materia i energia). Pytania w głowie wszystkich: Gdzie dokładnie znajdują się te wszystkie nieuchwytne rzeczy? A jak jest rozprowadzany po całym wszechświecie?

Nad odpowiedzią na nie pracuje międzynarodowy projekt ponad 400 naukowców o nazwie Dark Energy Survey. Właśnie opublikowała największą i najbardziej szczegółową mapę ciemnej materii we wszechświecie – z kilkoma nieoczekiwanymi odkryciami, które jeszcze nie pasują do koncepcji fizyki sięgających czasów Alberta Einsteina i jego ogólnej teorii względności.

DES to próba zobrazowania jak największej liczby galaktyk jako proxy do mapowania ciemnej materii, co jest możliwe, ponieważ grawitacja ciemnej materii odgrywa silną rolę w rządzeniu rozkładem tych galaktyk. Od sierpnia 2013 r. do stycznia 2019 r. dziesiątki naukowców zebrało się, aby użyć czterometrowego Teleskopu Victora M. Blanco w Chile do badania nieba w bliskiej podczerwieni.

Do stworzenia mapy są dwa klucze. Pierwszy to po prostu obserwacja położenia i rozmieszczenia galaktyk we wszechświecie. Ten układ wskazuje naukowcom, gdzie znajdują się największe skupiska ciemnej materii.

Drugi to obserwowanie soczewkowania grawitacyjnego, zjawiska, w którym światło emitowane przez galaktyki jest rozciągane grawitacyjnie przez ciemną materię podczas przemieszczania się w przestrzeni. Efekt jest podobny do patrzenia przez szkło powiększające. Naukowcy używają soczewkowania grawitacyjnego, aby wywnioskować, ile rzeczywistej przestrzeni zajmuje pobliska ciemna materia. Im bardziej zniekształcone światło, tym bardziej zbita ciemna materia.

Najnowsze wyniki uwzględniają dane z DES z pierwszych trzech lat, obejmujące ponad 226 milionów galaktyk zaobserwowanych przez 345 nocy. Jesteśmy teraz w stanie zmapować ciemną materię na jednej czwartej półkuli południowej, mówi Niall Jeffrey, naukowiec z University College London i École Normale Supérieure w Paryżu, jeden z kierowników projektu DES.

Jak dotąd zasięg mapy ciemnej materii nieba DES, po najnowszych odkryciach. Jasne plamy reprezentują najwyższe koncentracje ciemnej materii, podczas gdy ciemniejsze obszary wskazują na niskie gęstości.

BADANIE CIEMNEJ ENERGII

Ogólnie rzecz biorąc, dane zgadzają się z tak zwanym Standardowym Modelem Kosmologii, który zakłada, że ​​Wszechświat powstał w Wielkim Wybuchu i że jego całkowita zawartość masowo-energetyczna to 95% ciemnej materii i ciemnej energii. Nowa mapa zapewniła naukowcom bardziej szczegółowe spojrzenie na niektóre rozległe struktury ciemnej materii we Wszechświecie, które w przeciwnym razie pozostają dla nas niewidoczne. Najjaśniejsze plamy na mapie reprezentują najwyższe koncentracje ciemnej materii i tworzą one skupiska i halo wokół pustych przestrzeni o bardzo małej gęstości.

Ale niektóre wyniki były zaskakujące. Znaleźliśmy wskazówki, że wszechświat jest gładszy niż oczekiwano, mówi Jeffrey. Te wskazówki są również widoczne w innych eksperymentach z soczewkowaniem grawitacyjnym.

Nie tego przewiduje ogólna teoria względności, która sugeruje, że ciemna materia powinna być bardziej zbita i mniej równomiernie rozłożona. Autorzy piszą w jednym z 30 artykułów ogłaszając, że chociaż dowody nie są w żaden sposób ostateczne, być może zaczynamy dostrzegać wskazówki dotyczące nowej fizyki. Dla kosmologów odpowiadałoby to prawdopodobnie zmianie praw grawitacji opisanych przez Einsteina, mówi Jeffrey.

Chociaż implikacje są ogromne, ostrożność jest najważniejsza, ponieważ tak naprawdę wciąż wiemy tak mało o ciemnej materii (coś, czego jeszcze bezpośrednio nie zaobserwowaliśmy). Na przykład, Jeffrey zauważa, że ​​gdyby pobliskie galaktyki utworzyły się w szyku w dziwny sposób z powodu złożonej astrofizyki, to nasze wyniki soczewkowania byłyby mylące.

Innymi słowy, równie dobrze mogą istnieć jakieś egzotyczne wyjaśnienia wyników — być może wyjaśnianie ich w sposób, który można pogodzić z ogólną teorią względności. Byłaby to ogromna ulga dla każdego astrofizyka, którego całe dzieło życia opiera się na tym, że Einstein ma, no cóż, rację. I nie zapominajmy: ogólna teoria względności wyjątkowo dobrze sprostała… co drugi test który został rzucony na to przez lata.

Wyniki już robią fale, nawet przy kilku kolejnych publikacjach danych DES w toku. Już teraz astronomowie używają tych map do badania struktur kosmicznej sieci i lepszego zrozumienia związku między galaktykami a ciemną materią, mówi Jeffrey. Być może nie będziemy musieli czekać zbyt długo, aby dowiedzieć się, czy wyniki naprawdę są chwilowe, czy też nasze zrozumienie wszechświata wymaga ogromnego przepisania.

ukryć