Toinen uraauurtava löytö Nagoyan yliopistoKuusi Nobel-palkinnon voittajaa katselee taaksepäin avaruuden osiin pidemmälle kuin koskaan ennen. Yhteistyössä mm Tokion yliopisto ja Princeton University, tutkijat paljastivat kuinka he havaitsivat pimeän aineen muodostumista galaksien ympärillä 12 miljardia vuotta sitten käyttämällä alkuräjähdyksen säteilyjäämiä.
Voi olla haastavaa nähdä tapahtumia, jotka tapahtuivat niin kauan sitten. Rajoitetun valonnopeuden vuoksi ryhmä havainnoi kaukaisia galakseja niiden miljardia vuotta edeltävässä historiassa eikä nykytilanteessa. Pimeän aineen, joka ei tuota valoa, havainnointi on vielä haastavampaa.
Harkitse kaukaista lähdegalaksia, joka on vielä kauempana kuin kohdegalaksi pimeän aineen tutkimiseen. Kuten ennusti Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria, etualalla olevan galaksin painovoima, mukaan lukien sen pimeä aine, vääristää ympäröivää tilaa ja aikaa. Galaksin näennäinen muoto muuttuu sen seurauksena, että lähdegalaksin valo taipuu kulkiessaan vääristymän läpi. Vääristymä kasvaa pimeän aineen määrän myötä. Vääristymän vuoksi tutkijat voivat laskea sen määrän pimeä aine etualalla olevan galaksin (tunnetaan myös nimellä "linssi" galaksi) läheisyydessä.
Tietyn pisteen jälkeen syntyy ongelma: galaksit ovat äärimmäisen himmeitä maailmankaikkeuden kaukaisimmilla alueilla. Tämän seurauksena tämä strategia heikkenee, kun katsomme kauemmaksi Maasta. Signaalin tunnistamiseksi täytyy olla useita taustagalakseja, koska linssin vääristymä on tyypillisesti vaatimaton ja vaikea havaita.
Suurin osa opinnoista on jumissa samoissa rajoissa. Sen lisäksi, että tutkijat eivät pystyneet tunnistamaan tarpeeksi kaukaisia lähdegalakseja vääristymän mittaamiseksi, tutkijat pystyivät analysoimaan vain pimeää ainetta enintään 8-10 miljardin vuoden takaa.
Nämä rajoitukset jättivät avoimeksi kysymyksen pimeän aineen jakautuminen tästä ajasta 13.7 miljardia vuotta sitten, maailmankaikkeutemme alkuun.
Tämän tutkimuksen tutkijat kiertävät tämän ongelman käyttämällä Subaru Hyper Supreme-Cam Surveyn (HSC) havaintoja. Ne pystyivät havaitsemaan 1.5 miljoonaa linssigalaksia näkyvän valon avulla, jotka valittiin nähtäväksi 12 miljardia vuotta sitten.
Seuraavaksi he käyttivät mikroaaltoja kosminen mikroaaltouuni tausta (CMB) ratkaistakseen galaksivalon puutteen kauempana. He käyttivät erityisesti Euroopan avaruusjärjestön Planck-satelliitin havaitsemia mikroaaltoja mikroaaltojen vääristämien linssigalaksien ympärillä olevan pimeän aineen kvantifioimiseksi.
Professori Masami Ouchi Tokion yliopistosta sanoi: "Katsokaa pimeää ainetta kaukaisten galaksien ympärillä? Se oli hullu idea. Kukaan ei tajunnut, että voisimme tehdä tämän. Mutta kun puhuin suuresta kaukaisesta galaksinäytteestä, Hironao tuli luokseni ja sanoi, että saattaa olla mahdollista tarkastella pimeää ainetta näiden galaksien ympärillä CMB:n avulla.
Apulaisprofessori Yuichi Harikane Tokion yliopiston kosmisten säteiden tutkimusinstituutista sanoi: "Useimmat tutkijat käyttävät lähdegalakseja pimeän aineen jakautumisen mittaamiseen nykyisestä kahdeksan miljardin vuoden takaiseen. Voisimme kuitenkin katsoa pidemmälle menneisyyteen, koska käytimme kauempana olevaa CMB:tä pimeän aineen mittaamiseen. Ensimmäistä kertaa mittasimme pimeää ainetta melkein maailmankaikkeuden varhaisimmista hetkistä.
Alustavan analyysin jälkeen tutkijat huomasivat pian, että heillä oli tarpeeksi suuri näyte pimeän aineen jakautumisen havaitsemiseksi. Yhdistämällä suuren kaukaisen galaksinäytteen ja linssin vääristymät CMB:ssä he havaitsivat pimeän aineen vielä kauempana ajassa, 12 miljardia vuotta sitten. Tämä on vain 1.7 miljardia vuotta sen jälkeen maailmankaikkeuden alku; näin ollen nämä galaksit nähdään pian niiden muodostumisen jälkeen.
KMI:n nimetty apulaisprofessori Hironao Miyatake sanoi: ”Olin iloinen, että avasimme uuden ikkunan tuohon aikakauteen. 12 miljardia vuotta sitten asiat olivat hyvin erilaisia. Näet muodostumisprosessissa enemmän galakseja kuin tällä hetkellä; ensimmäiset galaksijoukot alkavat myös muodostua. Galaksiklusterit käsittävät 100-1000 galaksia, joita painovoima sitoo suuriin määriin pimeää ainetta."
Neta Bahcall, Eugene Higgins tähtitieteen professori, astrofysiikan professori ja Princetonin yliopiston perustutkinto-opintojen johtaja, sanoi: ”Tämä tulos antaa erittäin yhtenäisen tuloksen kuva galakseista ja niiden evoluutio, sekä pimeä aine galakseissa ja niiden ympärillä ja miten tämä kuva kehittyy ajan myötä."
Yksi tutkijoiden jännittävimmistä löydöistä liittyi pimeän aineen paakkuuntumiseen. Kosmologian standarditeorian, Lambda-CDM-mallin mukaan CMB:n hienovaraiset vaihtelut muodostavat tiheästi pakautuneiden aineiden pooleja houkuttelemalla ympäröivää ainetta puoleensa. painovoima. Tämä luo epähomogeenisia möykkyjä, jotka muodostavat tähtiä ja galakseja näille tiheille alueille. Ryhmän havainnot viittaavat siihen, että heidän kokkareisuusmittauksensa oli alhaisempi kuin Lambda-CDM-malli ennusti.
Miyatake sanoi, ”Löytömme on edelleen epävarma. Mutta jos se on totta, se viittaa siihen, että koko malli on virheellinen, kun mennään ajassa pidemmälle. Tämä on jännittävää, koska jos tulos pysyy sen jälkeen, kun epävarmuus on vähentynyt, se voi viitata malliin parannuksella, joka voi antaa käsityksen itse pimeän aineen luonteesta."
Princetonin yliopiston apulaistutkija Andrés Plazas Malagón sanoi: "Tässä vaiheessa yritämme saada parempaa tietoa nähdäksemme, voiko Lambda-CDM-malli selittää havaintojamme universumissa. Ja seurauksena voi olla, että meidän on tarkasteltava uudelleen tähän malliin sisältyneitä oletuksia."
Michael Strauss, professori ja Princetonin yliopiston astrofysikaalisten tieteiden osaston puheenjohtaja, sanoi: "Yksi vahvuuksista katsoa universumia laajamittaisilla tutkimuksilla, kuten tässä tutkimuksessa käytetyillä tutkimuksilla, on se, että voit tutkia kaikkea, mitä näet kuvissa, läheltä. asteroideja aurinkokunnassamme kaukaisimpiin galakseihin varhaisesta universumista. Voit käyttää samoja tietoja tutkiaksesi monia uusia kysymyksiä."
Lehden viite:
- Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, et ai. Ensimmäinen tunnistus 1.5 miljoonan galaksin tuottamasta CMB-linssisignaalista z∼4:ssä: Aineen tiheyden vaihteluiden rajoitukset suurella punasiirtymällä. Phys. Tohtori Lett. 129, 061301 – Julkaistu 1. elokuuta 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061301
