Une autre découverte révolutionnaire de Université de NagoyaLes six lauréats du prix Nobel se penchent sur des parties de l'espace plus lointaines que jamais. En collaboration avec le Université de Tokyo ainsi que L'Université de Princeton, des chercheurs ont révélé comment ils avaient observé la formation de matière noire autour des galaxies il y a 12 milliards d'années, en utilisant les résidus de rayonnement du Big Bang.
Il peut être difficile de voir des événements qui se sont produits il y a si longtemps. En raison de la vitesse limitée de la lumière, l'équipe a observé des galaxies lointaines dans leur histoire d'avant un milliard d'années plutôt que dans leur état actuel. Observer la matière noire, qui ne produit pas de lumière, est encore plus difficile.
Considérez une galaxie source lointaine qui est encore plus éloignée que la galaxie cible pour étudier sa matière noire. Comme prédit par La théorie de la relativité générale d'Einstein, l'attraction gravitationnelle de la galaxie de premier plan, y compris sa matière noire, déforme l'environnement l'espace et le temps. La forme apparente de la galaxie est modifiée en raison de la courbure de la lumière de la galaxie source lorsqu'elle passe à travers la distorsion. La distorsion augmente avec la quantité de matière noire. En raison de la distorsion, les chercheurs peuvent calculer la quantité de la matière noire au voisinage de la galaxie de premier plan (également connue sous le nom de galaxie "lentille").
Au-delà d'un certain point, un problème se pose : les galaxies sont extrêmement sombres dans les confins de l'univers. En conséquence, cette stratégie a moins de succès à mesure que nous regardons plus loin de la Terre. Il doit y avoir de nombreuses galaxies d'arrière-plan pour identifier le signal car la distorsion de lentille est généralement modeste et difficile à détecter.
La plupart des études sont bloquées aux mêmes limites. En plus d'être incapables d'identifier suffisamment de galaxies sources distantes pour mesurer la distorsion, les scientifiques ne pouvaient analyser que la matière noire d'il y a pas plus de 8 à 10 milliards d'années.
Ces limites laissent ouverte la question de la répartition de la matière noire entre cette époque et il y a 13.7 milliards d'années, vers le début de notre univers.
Les chercheurs de cette étude contournent ce problème en utilisant les données des observations de Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC). Ils pourraient détecter 1.5 million de galaxies lentilles en utilisant la lumière visible, sélectionnées pour être vues il y a 12 milliards d'années.
Ensuite, ils ont utilisé des micro-ondes du fond de micro-ondes cosmique (CMB) pour remédier au manque de lumière des galaxies plus éloignées. Ils ont notamment utilisé les micro-ondes observées par le satellite Planck de l'Agence spatiale européenne pour quantifier la matière noire autour des galaxies lentilles déformée par les micro-ondes.
Le professeur Masami Ouchi de l'Université de Tokyo a déclaré : « Regardez la matière noire autour des galaxies lointaines ? C'était une idée folle. Personne n'a réalisé que nous pouvions faire cela. Mais après avoir parlé d'un grand échantillon de galaxies lointaines, Hironao est venu me voir et m'a dit qu'il serait peut-être possible d'observer la matière noire autour de ces galaxies avec le CMB.
Le professeur adjoint Yuichi Harikane de l'Institut de recherche sur les rayons cosmiques de l'Université de Tokyo a déclaré : « La plupart des chercheurs utilisent des galaxies sources pour mesurer la distribution de la matière noire depuis le présent jusqu'à il y a huit milliards d'années. Cependant, nous pourrions regarder plus loin dans le passé car nous avons utilisé le CMB le plus éloigné pour mesurer la matière noire. Pour la première fois, nous mesurions la matière noire depuis presque les premiers instants de l'univers.
Après une analyse préliminaire, les chercheurs se sont vite rendu compte qu'ils disposaient d'un échantillon suffisamment important pour détecter la distribution de la matière noire. En combinant le grand échantillon de galaxies lointaines et les distorsions de lentille dans CMB, ils ont détecté de la matière noire encore plus loin dans le temps, il y a 12 milliards d'années. Ce n'est que 1.7 milliard d'années après la début de l'univers; ainsi, ces galaxies sont vues peu de temps après leur formation.
Le professeur adjoint désigné par KMI, Hironao Miyatake, a déclaré : "J'étais heureux que nous ayons ouvert une nouvelle fenêtre sur cette époque. Il y a 12 milliards d'années, les choses étaient très différentes. Vous voyez plus de galaxies dans le processus de formation qu'actuellement ; les premiers amas de galaxies commencent également à se former. Les amas de galaxies comprennent 100 à 1000 galaxies liées par la gravité avec de grandes quantités de matière noire.
Neta Bahcall, professeur d'astronomie Eugene Higgins, professeur de sciences astrophysiques et directeur des études de premier cycle à l'Université de Princeton, a déclaré : « Ce résultat donne un résultat très cohérent photo de galaxies et leur évolution, ainsi que la matière noire dans et autour des galaxies, et comment cette image évolue avec le temps.
L'une des découvertes les plus intéressantes des chercheurs était liée à l'agglutination de la matière noire. Selon la théorie standard de la cosmologie, le modèle Lambda-CDM, des fluctuations subtiles dans le CMB forment des bassins de matière dense en attirant la matière environnante à travers la gravité. Cela crée des amas inhomogènes qui forment des étoiles et des galaxies dans ces régions denses. Les résultats du groupe suggèrent que leur mesure d'agglutination était inférieure à celle prédite par le modèle Lambda-CDM.
Miyatake a dit, « Notre conclusion est encore incertaine. Mais si c'est vrai, cela suggérerait que l'ensemble du modèle est défectueux à mesure que vous remontez dans le temps. C'est excitant parce que si le résultat tient après la réduction des incertitudes, cela pourrait suggérer une amélioration du modèle qui pourrait donner un aperçu de la nature de la matière noire elle-même.
Andrés Plazas Malagón, chercheur associé à l'Université de Princeton, a déclaré : "À ce stade, nous essaierons d'obtenir de meilleures données pour voir si le modèle Lambda-CDM peut expliquer nos observations dans l'univers. Et la conséquence peut être que nous devrons revoir les hypothèses qui sont entrées dans ce modèle.
Michael Strauss, professeur et directeur du Département des sciences astrophysiques de l'Université de Princeton, a déclaré : "L'un des points forts de l'observation de l'univers à l'aide d'enquêtes à grande échelle, telles que celles utilisées dans cette recherche, est que vous pouvez étudier tout ce que vous voyez dans les images résultantes, à proximité. astéroïdes de notre système solaire aux galaxies les plus éloignées de l'univers primitif. Vous pouvez utiliser les mêmes données pour explorer de nombreuses nouvelles questions.
Journal de référence:
- Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, et al. Première identification d'un signal de lentille CMB produit par 1.5 million de galaxies à z∼4 : contraintes sur les fluctuations de densité de matière à haut redshift. Phys. Rév. Lett. 129, 061301 – Publié le 1er août 2022. DOI : 10.1103 / PhysRevLett.129.061301
