یکی دیگر از کشفیات پیشگامانه توسط دانشگاه ناگویاشش برنده جایزه نوبل به بخش‌هایی از فضا دورتر از همیشه نگاه می‌کنند. با همکاری دانشگاه توکیو و دانشگاه پرینستونمحققان نشان دادند که چگونه تشکیل ماده تاریک را در اطراف کهکشان ها در 12 میلیارد سال پیش با استفاده از بقایای تشعشعات انفجار بزرگ مشاهده کردند.
دیدن اتفاقاتی که خیلی وقت پیش رخ داده اند می تواند چالش برانگیز باشد. با توجه به سرعت محدود نور، این تیم کهکشان های دور را در تاریخ قبل از میلیاردها سال خود رصد کردند تا وضعیت کنونی. مشاهده ماده تاریک، که نور تولید نمی کند، همچنان چالش برانگیزتر است.
یک کهکشان منبع دور را در نظر بگیرید که حتی از کهکشان هدف برای مطالعه ماده تاریک آن دورتر است. همانطور که توسط نظریه نسبیت عام اینشتین، کشش گرانشی کهکشان پیش زمینه، از جمله ماده تاریک آن، محیط اطراف را منحرف می کند. فضا و زمان. شکل ظاهری کهکشان در نتیجه خم شدن نور کهکشان منبع در هنگام عبور از اعوجاج تغییر می کند. اعوجاج با مقدار ماده تاریک افزایش می یابد. به دلیل اعوجاج، محققان می توانند مقدار آن را محاسبه کنند ماده تاریک در مجاورت کهکشان پیش زمینه (همچنین به عنوان کهکشان "عدسی" شناخته می شود).
فراتر از یک نقطه خاص، یک مشکل پیش می‌آید: کهکشان‌ها در دورترین نقاط جهان به شدت کم‌نور هستند. در نتیجه، وقتی دورتر از زمین نگاه می کنیم، این استراتژی کمتر موفق می شود. برای شناسایی سیگنال باید کهکشان‌های پس‌زمینه زیادی وجود داشته باشد، زیرا اعوجاج عدسی معمولاً کم و دشوار است.
اکثر مطالعات در همان حدود گیر کرده اند. دانشمندان علاوه بر ناتوانی در شناسایی کهکشان‌های منبع دور به اندازه کافی برای اندازه‌گیری انحراف، فقط می‌توانند ماده تاریک را از 8 تا 10 میلیارد سال پیش تجزیه و تحلیل کنند.
این محدودیت‌ها، سؤال را باز گذاشت توزیع ماده تاریک بین این زمان و 13.7 میلیارد سال پیش، در حدود آغاز جهان ما.
محققان در این مطالعه با استفاده از داده های مشاهدات سوبارو Hyper Supreme-Cam Survey (HSC) این مشکل را حل می کنند. آنها توانستند 1.5 میلیون کهکشان عدسی را با استفاده از نور مرئی که 12 میلیارد سال پیش برای دیده شدن انتخاب شده بودند، شناسایی کنند.
در مرحله بعد، آنها از مایکروویو استفاده کردند پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) برای رفع کمبود نور کهکشان در دورتر. آنها به ویژه از امواج مایکروویو مشاهده شده توسط ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا برای تعیین کمیت ماده تاریک اطراف کهکشان های عدسی استفاده کردند که توسط امواج مایکروویو منحرف شده اند.
پروفسور ماسامی اوچی از دانشگاه توکیو گفت: به ماده تاریک در اطراف کهکشان های دور نگاه کنید؟ ایده دیوانه کننده ای بود. هیچ کس متوجه نشد که ما می توانیم این کار را انجام دهیم. اما بعد از اینکه در مورد یک نمونه کهکشان دوردست بزرگ صحبت کردم، هیرونائو نزد من آمد و گفت که ممکن است بتوان با CMB به ماده تاریک اطراف این کهکشان ها نگاه کرد.
استادیار یویچی هاریکانه از موسسه تحقیقات پرتوهای کیهانی دانشگاه توکیو گفت: بیشتر محققان از کهکشان های مبدا برای اندازه گیری توزیع ماده تاریک از زمان حال تا هشت میلیارد سال پیش استفاده می کنند. با این حال، می‌توانیم به گذشته بیشتر نگاه کنیم زیرا از CMB دورتر برای اندازه‌گیری ماده تاریک استفاده کردیم. برای اولین بار، ما ماده تاریک را تقریباً از اولین لحظات کیهان اندازه گیری کردیم.
پس از تجزیه و تحلیل اولیه، محققان به زودی متوجه شدند که نمونه بزرگی برای تشخیص توزیع ماده تاریک دارند. آنها با ترکیب نمونه کهکشان دوردست بزرگ و اعوجاج عدسی در CMB، ماده تاریک را حتی در زمان دورتر، از 12 میلیارد سال پیش، کشف کردند. این تنها 1.7 میلیارد سال پس از آن است آغاز جهان; بنابراین، این کهکشان ها بلافاصله پس از اولین شکل گیری دیده می شوند.
هیرونائو میاتاکه، دستیار منصوب KMI گفت: «خوشحال بودم که پنجره جدیدی را به آن دوران باز کردیم. 12 میلیارد سال پیش، همه چیز بسیار متفاوت بود. شما کهکشان های بیشتری را در فرآیند شکل گیری نسبت به حال حاضر می بینید. اولین خوشه های کهکشانی نیز در حال شکل گیری هستند. خوشه های کهکشانی شامل 100-1000 کهکشان هستند که توسط گرانش با مقادیر زیادی ماده تاریک محدود شده اند.
نتا باکال، پروفسور یوجین هیگینز، استاد نجوم، استاد علوم اخترفیزیک و مدیر مطالعات کارشناسی دانشگاه پرینستون، گفت: «این نتیجه بسیار سازگار است عکس کهکشان ها و تکامل آنها، و همچنین ماده تاریک در و اطراف کهکشان ها، و چگونگی تکامل این تصویر با زمان."
یکی از هیجان انگیزترین یافته های محققان مربوط به توده بودن ماده تاریک بود. بر اساس نظریه استاندارد کیهان شناسی، مدل Lambda-CDM، نوسانات ظریف در CMB با جذب مواد اطراف از طریق حوضچه هایی از مواد فشرده تشکیل می دهند. جاذبه زمین. این باعث ایجاد توده های ناهمگن می شود که ستاره ها و کهکشان ها را در این مناطق متراکم تشکیل می دهند. یافته‌های این گروه نشان می‌دهد که اندازه‌گیری کلوخگی آنها کمتر از پیش‌بینی‌شده توسط مدل Lambda-CDM بود.
میاتکه گفت، "یافته ما هنوز نامشخص است. اما اگر درست باشد، این نشان می‌دهد که کل مدل ناقص است، زیرا در زمان بیشتر به عقب می‌روید. این هیجان انگیز است زیرا اگر نتیجه پس از کاهش عدم قطعیت ها حفظ شود، می تواند نشان دهنده بهبود مدل باشد که ممکن است بینشی از ماهیت خود ماده تاریک ارائه دهد.
آندرس پلازاس مالاگون، محقق پژوهشی در دانشگاه پرینستون، گفت: در این مرحله، ما سعی خواهیم کرد داده های بهتری به دست آوریم تا ببینیم آیا مدل Lambda-CDM می تواند مشاهدات ما در جهان را توضیح دهد یا خیر. و نتیجه ممکن است این باشد که ما نیاز به بازنگری مفروضاتی که در این مدل وجود دارد، باشد.
مایکل اشتراوس، استاد و رئیس دپارتمان علوم اخترفیزیک دانشگاه پرینستون گفت: یکی از نقاط قوت نگاه کردن به جهان با استفاده از نظرسنجی‌های مقیاس بزرگ، مانند مواردی که در این تحقیق استفاده شده است، این است که می‌توانید هر چیزی را که در تصاویر حاصل می‌بینید، از نزدیک مطالعه کنید. سیارک ها در منظومه شمسی ما تا دورترین کهکشان ها از کیهان اولیه. می‌توانید از همین داده‌ها برای بررسی بسیاری از سؤالات جدید استفاده کنید.»
مرجع مجله:
- هیرونائو میاتاکه، یویچی هاریکانه، و همکاران. اولین شناسایی سیگنال عدسی CMB تولید شده توسط 1.5 میلیون کهکشان در z~4: محدودیت در نوسانات چگالی ماده در انتقال قرمز بالا. فیزیک کشیش لت. 129, 061301 – منتشر شده در 1 اوت 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301
