Otro descubrimiento revolucionario de Universidad de NagoyaLos seis ganadores del Premio Nobel miran hacia atrás en partes del espacio más lejos que nunca. En colaboración con el Universidad de Tokio y La Universidad de Princeton, los investigadores revelaron cómo observaron la formación de materia oscura alrededor de las galaxias hace 12 mil millones de años, utilizando residuos de radiación del Big Bang.
Puede ser un desafío ver eventos que sucedieron hace tanto tiempo. Debido a la velocidad limitada de la luz, el equipo observó galaxias lejanas en su historia anterior a los mil millones de años en lugar de su estado actual. Observar la materia oscura, que no produce luz, es aún más desafiante.
Considere una galaxia fuente lejana que es incluso más remota que la galaxia objetivo para estudiar su materia oscura. Como lo predijo Teoría de la relatividad general de Einstein, la atracción gravitatoria de la galaxia en primer plano, incluida su materia oscura, distorsiona el entorno espacio y tiempo. La forma aparente de la galaxia se altera como resultado de la curvatura de la luz de la galaxia fuente a medida que pasa a través de la distorsión. La distorsión aumenta con la cantidad de materia oscura. Debido a la distorsión, los investigadores pueden calcular la cantidad de la materia oscura en la vecindad de la galaxia de primer plano (también conocida como la galaxia "lente").
Más allá de cierto punto, surge un problema: las galaxias son extremadamente tenues en los confines más lejanos del universo. Como resultado, esta estrategia se vuelve menos exitosa a medida que miramos más lejos de la Tierra. Debe haber muchas galaxias de fondo para identificar la señal porque la distorsión de la lente suele ser modesta y difícil de detectar.
La mayoría de los estudios están atascados en los mismos límites. Además de no poder identificar suficientes galaxias fuente distantes para medir la distorsión, los científicos solo pudieron analizar la materia oscura de no más de 8-10 mil millones de años.
Estas limitaciones dejaron abierta la cuestión de la distribución de la materia oscura entre este tiempo y hace 13.7 millones de años, alrededor del comienzo de nuestro universo.
Los investigadores de este estudio solucionan este problema utilizando datos de las observaciones de Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC). Pudieron detectar 1.5 millones de galaxias de lentes usando luz visible, seleccionadas para ser vistas hace 12 mil millones de años.
Luego, usaron microondas del fondo cósmico de microondas (CMB) para abordar la falta de luz de galaxias más lejanas. Usaron especialmente las microondas observadas por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea para cuantificar la materia oscura alrededor de las galaxias lentes distorsionadas por las microondas.
El profesor Masami Ouchi de la Universidad de Tokio dijo: “¿Mirar la materia oscura alrededor de galaxias distantes? Fue una idea loca. Nadie se dio cuenta de que podíamos hacer esto. Pero después de que hablé sobre una gran muestra de galaxias distantes, Hironao se me acercó y me dijo que es posible observar la materia oscura alrededor de estas galaxias con el CMB”.
El profesor asistente Yuichi Harikane del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio dijo: “La mayoría de los investigadores utilizan galaxias fuente para medir la distribución de la materia oscura desde el presente hasta hace ocho mil millones de años. Sin embargo, pudimos mirar más hacia el pasado porque usamos el CMB más distante para medir la materia oscura. Por primera vez, estábamos midiendo materia oscura desde casi los primeros momentos del universo”.
Después de un análisis preliminar, los investigadores pronto se dieron cuenta de que tenían una muestra lo suficientemente grande como para detectar la distribución de la materia oscura. Combinando la gran muestra de galaxias distantes y las distorsiones de lentes en CMB, detectaron materia oscura incluso más atrás en el tiempo, desde hace 12 mil millones de años. Esto es sólo 1.7 millones de años después de la principio del universo; por lo tanto, estas galaxias se ven poco después de que se formaron por primera vez.
El profesor asistente designado de KMI, Hironao Miyatake, dijo: “Me alegró que abriéramos una nueva ventana a esa era. Hace 12 mil millones de años, las cosas eran muy diferentes. Ves más galaxias en proceso de formación que en la actualidad; los primeros cúmulos de galaxias también están comenzando a formarse. Los cúmulos de galaxias comprenden de 100 a 1000 galaxias unidas por la gravedad con grandes cantidades de materia oscura”.
Neta Bahcall, profesora de astronomía Eugene Higgins, profesora de ciencias astrofísicas y directora de estudios de pregrado en la Universidad de Princeton, dijo: “Este resultado da una muy consistente imagen de galaxias y su evolución, así como la materia oscura dentro y alrededor de las galaxias, y cómo esta imagen evoluciona con el tiempo”.
Uno de los hallazgos más emocionantes de los investigadores estuvo relacionado con la aglomeración de la materia oscura. De acuerdo con la teoría estándar de la cosmología, el modelo Lambda-CDM, las fluctuaciones sutiles en el CMB forman depósitos de materia densa al atraer la materia circundante a través de gravedad. Esto crea grupos no homogéneos que forman estrellas y galaxias en estas regiones densas. Los hallazgos del grupo sugieren que su medición de la aglomeración fue más baja de lo previsto por el modelo Lambda-CDM.
Miyatake dijo, “Nuestro hallazgo aún es incierto. Pero si es cierto, sugeriría que todo el modelo es defectuoso a medida que retrocede en el tiempo. Esto es emocionante porque si el resultado se mantiene después de que se reduzcan las incertidumbres, podría sugerir una mejora del modelo que puede proporcionar información sobre la naturaleza de la materia oscura en sí misma”.
Andrés Plazas Malagón, investigador asociado de la Universidad de Princeton, dijo: “En este punto, intentaremos obtener mejores datos para ver si el modelo Lambda-CDM puede explicar nuestras observaciones en el universo. Y la consecuencia puede ser que necesitemos revisar los supuestos que se incluyeron en este modelo”.
Michael Strauss, profesor y presidente del Departamento de Ciencias Astrofísicas de la Universidad de Princeton, dijo: “Uno de los puntos fuertes de observar el universo mediante sondeos a gran escala, como los que se utilizan en esta investigación, es que puedes estudiar todo lo que ves en las imágenes resultantes, desde cerca. asteroides en nuestro sistema solar a las galaxias más lejanas del universo primitivo. Puede usar los mismos datos para explorar muchas preguntas nuevas”.
Referencia de la revista:
- Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, et al. Primera identificación de una señal de lente CMB producida por 1.5 millones de galaxias en z∼4: Restricciones en las fluctuaciones de la densidad de la materia en un alto desplazamiento al rojo. física Rev. Lett. 129, 061301 – Publicado el 1 de agosto de 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061301
