Újabb úttörő felfedezés Nagoya EgyetemA hat Nobel-díjas a világűr minden eddiginél messzebbre tekint vissza. Együttműködve a Tokiói Egyetem és a Princeton University, a kutatók felfedték, hogyan figyelték meg 12 milliárd évvel ezelőtt a sötét anyag kialakulását a galaxisok körül az Ősrobbanás sugárzási maradékának felhasználásával.
Nehéz lehet látni olyan eseményeket, amelyek oly régen történtek. A korlátozott fénysebesség miatt a csapat a távoli galaxisokat figyelte meg több milliárd éves történetükben, nem pedig jelenlegi állapotukat. A sötét anyag megfigyelése, amely nem termel fényt, még nagyobb kihívást jelent.
Vegyünk egy távoli forrásgalaxist, amely még a célgalaxisnál is távolabb van a sötét anyag tanulmányozásához. Ahogy megjósolta Einstein általános relativitáselmélete, az előtérben lévő galaxis gravitációs vonzása, beleértve a sötét anyagát is, torzítja a környezőt tér és idő. A galaxis látszólagos alakja megváltozik, ha a forrásgalaxisból érkező fény meghajlik, ahogy áthalad a torzításon. A torzítás a sötét anyag mennyiségével nő. A torzítás miatt a kutatók ki tudják számítani a mennyiségét sötét anyag az előtérgalaxis (más néven „lencse” galaxis) környékén.
Egy bizonyos ponton túl egy probléma merül fel: a galaxisok rendkívül homályosak az univerzum legtávolabbi pontjain. Ennek eredményeként ez a stratégia kevésbé lesz sikeres, ha távolabb nézünk a Földtől. Sok háttérgalaxisnak kell lennie a jel azonosításához, mivel a lencse torzítása jellemzően szerény, és nehéz felismerni.
A legtöbb tanulmány ugyanazon a határon ragadt. Amellett, hogy nem tudtak elegendő távoli forrásgalaxist azonosítani a torzítás méréséhez, a tudósok csak a 8-10 milliárd évvel ezelőtti sötét anyagot tudták elemezni.
Ezek a korlátok nyitva hagyták a kérdést a a sötét anyag eloszlása ez idő és 13.7 milliárd évvel ezelőtt, világegyetemünk kezdete körül.
A tanulmányban részt vevő kutatók a Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC) megfigyeléseiből származó adatok felhasználásával kerülik meg ezt a problémát. 1.5 millió lencsegalaxist tudtak észlelni látható fény segítségével, amelyeket 12 milliárd évvel ezelőtt kiválasztottak.
Ezután mikrohullámú sütőt használtak a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) a távolabbi galaxisfény hiányának kezelésére. Különösen az Európai Űrügynökség Planck műholdja által megfigyelt mikrohullámokat használták a mikrohullámok által torzított lencsegalaxisok körüli sötét anyag számszerűsítésére.
Masami Ouchi, a Tokiói Egyetem professzora elmondta: „Nézd meg a sötét anyagot a távoli galaxisok körül? Őrült ötlet volt. Senki sem tudta, hogy ezt megtehetjük. De miután egy nagy távoli galaxismintáról beszéltem, Hironao odajött hozzám, és azt mondta, hogy lehetséges, hogy a CMB segítségével megvizsgálhatjuk a sötét anyagot ezekben a galaxisokban.
Yuichi Harikane adjunktus, a Tokiói Egyetem Kozmikus Sugárkutató Intézetének munkatársa elmondta: „A legtöbb kutató forrásgalaxisokat használ a sötét anyag eloszlásának mérésére a jelentől a nyolcmilliárd évvel ezelőttig. Azonban tovább nézhetnénk a múltba, mert a sötét anyag mérésére a távolabbi CMB-t használtuk. Most először mértük a sötét anyagot az univerzum szinte legkorábbi pillanataiból.
Az előzetes elemzés után a kutatók hamar rájöttek, hogy elég nagy mintával rendelkeznek a sötét anyag eloszlásának kimutatásához. A nagy távoli galaxismintát és a CMB lencsék torzításait kombinálva még távolabbról, 12 milliárd évvel ezelőttről észlelték a sötét anyagot. Ez csak 1.7 milliárd évvel azután az univerzum kezdete; így ezek a galaxisok nem sokkal az első kialakulásuk után láthatók.
A KMI kijelölt adjunktusa, Hironao Miyatake elmondta: „Örülök, hogy új ablakot nyitottunk abba a korszakba. 12 milliárd évvel ezelőtt a dolgok egészen másképp voltak. Több galaxist lát a kialakulási folyamatban, mint jelenleg; az első galaxishalmazok is kezdenek kialakulni. A galaxishalmazok 100-1000 galaxisból állnak, amelyeket a gravitáció köt össze nagy mennyiségű sötét anyaggal."
Neta Bahcall, Eugene Higgins csillagászprofesszor, az asztrofizikai tudományok professzora és a Princetoni Egyetem alapképzési igazgatója elmondta: „Ez az eredmény nagyon konzisztens galaxisok képe és evolúciójuk, valamint a sötét anyag a galaxisokban és azok körül, és hogyan alakul ez a kép az idő múlásával.”
A kutatók egyik legizgalmasabb megállapítása a sötét anyag csomósodásával kapcsolatos. A kozmológia standard elmélete, a Lambda-CDM modell szerint a CMB finom fluktuációi sűrűn tömött anyagok medencéit alkotják azáltal, hogy magukhoz vonzzák a környező anyagot. gravitációs. Ez inhomogén csomókat hoz létre, amelyek csillagokat és galaxisokat alkotnak ezeken a sűrű területeken. A csoport eredményei azt sugallják, hogy a csomósodási mérésük alacsonyabb volt, mint a Lambda-CDM modell.
Miyatake azt mondta: „A megállapításunk még bizonytalan. De ha ez igaz, az azt sugallja, hogy az egész modell hibás, ahogy visszamegyünk az időben. Ez azért izgalmas, mert ha az eredmény a bizonytalanságok csökkentése után is fennáll, az a modell továbbfejlesztésére utalhat, ami betekintést nyújthat magának a sötét anyagnak a természetébe.”
Andrés Plazas Malagón, a Princetoni Egyetem kutatótársa elmondta: „Ezen a ponton megpróbálunk jobb adatokat szerezni, hogy megnézzük, vajon a Lambda-CDM modell megmagyarázhatja-e az univerzumban végzett megfigyeléseinket. Ennek pedig az lehet a következménye, hogy újra kell vizsgálnunk a modellben szereplő feltételezéseket.”
Michael Strauss professzor, a Princetoni Egyetem Asztrofizikai Tudományok Tanszékének elnöke elmondta: "Az egyik erőssége, hogy az univerzumot nagyszabású felmérésekkel, például ebben a kutatásban használtakkal nézzük, az, hogy mindent tanulmányozhat, amit az eredményül kapott képeken lát a közelből. aszteroidák a naprendszerünkben a legtávolabbi galaxisokhoz a korai univerzumtól. Ugyanazokat az adatokat felhasználhatja számos új kérdés feltárására.”
Journal Reference:
- Hironao Miyatake, Yuichi Harikane és társai. 1.5 millió galaxis által előállított CMB lencsejel első azonosítása z∼4-nél: Az anyagsűrűség-ingadozás korlátai magas vöröseltolódásnál. Phys. Rev. Lett. 129, 061301 – Közzétéve: 1. augusztus 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301
