Veel üks murranguline avastus Nagoya ülikoolKuus Nobeli preemia laureaati vaatavad tagasi kosmoseosadesse kaugemale kui kunagi varem. Koostöös Tokyo ülikool ja Princetoni ülikooli, paljastasid teadlased, kuidas nad jälgisid tumeaine teket galaktikate ümber 12 miljardit aastat tagasi, kasutades Suure Paugu kiirgusjääke.
Nii kaua aega tagasi toimunud sündmuste nägemine võib olla keeruline. Piiratud valguse kiiruse tõttu jälgis meeskond kaugeid galaktikaid nende miljardi-aastases ajaloos, mitte praeguses olekus. Tumeaine vaatlemine, mis valgust ei tooda, on veelgi keerulisem.
Mõelge tumeaine uurimiseks kaugema lähtegalaktikale, mis on sihtgalaktikast veelgi kaugemal. Nagu ennustas Einsteini üldrelatiivsusteooria, moonutab esiplaani galaktika, sealhulgas selle tumeaine gravitatsioonijõud ümbritsevat ruum ja aeg. Galaktika näiv kuju muutub, kuna allikagalaktika valgus paindub moonutust läbides. Moonutus suureneb koos tumeaine hulgaga. Moonutuse tõttu saavad teadlased arvutada selle koguse tumeaine esiplaani galaktika (tuntud ka kui "läätsegalaktika") läheduses.
Teatud punktist kaugemale kerkib probleem: galaktikad on universumi kõige kaugemates piirkondades ülihämarad. Selle tulemusena muutub see strateegia vähem edukaks, kui vaatame Maast kaugemale. Signaali tuvastamiseks peab olema palju taustagalaktikaid, sest läätsede moonutus on tavaliselt tagasihoidlik ja seda on keeruline tuvastada.
Enamik uuringuid on jäänud samadele piiridele. Lisaks sellele, et teadlased ei suutnud tuvastada piisavalt kaugeid allikagalaktikaid moonutuste mõõtmiseks, suutsid teadlased analüüsida ainult 8-10 miljardi aasta tagust tumeainet.
Need piirangud jätsid lahtiseks küsimuse tumeaine jaotus sellest ajast kuni 13.7 miljardit aastat tagasi, umbes meie universumi alguses.
Selle uuringu teadlased saavad sellest probleemist mööda, kasutades Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC) vaatluste andmeid. Nad suutsid nähtava valguse abil tuvastada 1.5 miljonit läätsega galaktikat, mis valiti välja nägemiseks 12 miljardit aastat tagasi.
Järgmisena kasutasid nad mikrolaineahju kosmiline mikrolaine taust (CMB), et lahendada kaugemal asuva galaktika valguse puudumine. Nad kasutasid eriti Euroopa Kosmoseagentuuri Plancki satelliidi poolt vaadeldud mikrolaineid, et kvantifitseerida mikrolainete poolt moonutatud läätsegalaktikate ümber olevat tumeainet.
Professor Masami Ouchi Tokyo ülikoolist ütles: "Vaadake tumeainet kaugete galaktikate ümber? See oli hull idee. Keegi ei teadnud, et me seda teha saame. Kuid pärast seda, kui ma rääkisin suurest kaugest galaktikaproovist, tuli Hironao minu juurde ja ütles, et võib-olla on võimalik KMB abil vaadata tumeainet nende galaktikate ümber.
Tokyo ülikooli kosmiliste kiirte uurimise instituudi dotsent Yuichi Harikane ütles: "Enamik teadlasi kasutab lähtegalaktikaid, et mõõta tumeaine levikut praegusest kuni kaheksa miljardi aasta taguseni. Siiski võiksime vaadata kaugemale minevikku, sest kasutasime tumeaine mõõtmiseks kaugemat CMB-d. Esimest korda mõõtsime tumeainet peaaegu universumi esimestest hetkedest.
Pärast esialgset analüüsi mõistsid teadlased peagi, et neil on tumeaine leviku tuvastamiseks piisavalt suur proov. Kombineerides suure kauge galaktika proovi ja läätsede moonutusi CMB-s, tuvastasid nad tumeaine veelgi kaugemal, 12 miljardi aasta tagusest ajast. See on vaid 1.7 miljardit aastat pärast seda universumi algus; seega nähakse neid galaktikaid varsti pärast nende esmast moodustumist.
KMI määratud abiprofessor Hironao Miyatake ütles: “Olin õnnelik, et avasime uue akna sellesse ajastusse. 12 miljardit aastat tagasi olid asjad hoopis teisiti. Te näete moodustumise protsessis rohkem galaktikaid kui praegu; hakkavad tekkima ka esimesed galaktikaparved. Galaktikaparved koosnevad 100–1000 galaktikast, mis on seotud gravitatsiooniga suure hulga tumeainega.
Neta Bahcall, Eugene Higginsi astronoomiaprofessor, astrofüüsikateaduste professor ja Princetoni ülikooli bakalaureuseõppe direktor ütles: "See tulemus annab väga ühtlase tulemuse galaktikate pilt ja nende areng, aga ka tumeaine galaktikates ja nende ümber ning kuidas see pilt aja jooksul areneb.
Teadlaste üks põnevamaid leide oli seotud tumeaine klompsusega. Vastavalt kosmoloogia standardteooriale, Lambda-CDM mudelile moodustavad CMB peened kõikumised tihedalt pakitud aine kogumi, meelitades ümbritsevat ainet läbi. raskus. See tekitab ebahomogeenseid tükke, mis moodustavad nendes tihedates piirkondades tähti ja galaktikaid. Rühma leiud viitavad sellele, et nende klombuse mõõtmine oli madalam kui Lambda-CDM mudelis ennustatud.
Miyatake ütles: "Meie leid on endiselt ebakindel. Kuid kui see on tõsi, viitab see sellele, et kogu mudel on ajas kaugemale tagasi minnes vigane. See on põnev, sest kui tulemus püsib pärast ebakindluse vähendamist, võib see viidata mudeli täiustamisele, mis võib anda ülevaate tumeaine enda olemusest.
Andrés Plazas Malagón, Princetoni ülikooli kaasuurija, ütles: "Praegu proovime saada paremaid andmeid, et näha, kas Lambda-CDM mudel suudab selgitada meie tähelepanekuid universumis. Ja tagajärjeks võib olla see, et peame uuesti üle vaatama selle mudeli eeldused.
Michael Strauss, professor ja Princetoni ülikooli astrofüüsikateaduste osakonna juhataja, ütles: "Üks universumi vaatlemise tugevus, kasutades laiaulatuslikke uuringuid, nagu need, mida kasutatakse käesolevas uuringus, on see, et saate uurida kõike, mida näete lähedalt saadud piltidel. asteroidid meie päikesesüsteemis varasest universumist kõige kaugematesse galaktikatesse. Saate kasutada samu andmeid paljude uute küsimuste uurimiseks.
Ajakirja viide:
- Hironao Miyatake, Yuichi Harikane jt. 1.5 miljoni galaktika poolt z∼4 juures toodetud CMB läätsesignaali esimene tuvastamine: aine tiheduse kõikumiste piirangud suure punanihke korral. Phys. Rev. Lett. 129, 061301 – avaldatud 1. augustil 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301
