Un'altra scoperta rivoluzionaria di Università di NagoyaI sei vincitori del Premio Nobel guardano indietro in parti dello spazio più lontano che mai. In collaborazione con il Università di Tokyo ed Università di Princeton, i ricercatori hanno rivelato come hanno osservato la formazione di materia oscura intorno alle galassie 12 miliardi di anni fa, utilizzando i residui di radiazione del Big Bang.
Può essere difficile vedere eventi accaduti così tanto tempo fa. A causa della velocità limitata della luce, il team ha osservato galassie lontane nella loro storia pre-miliardaria piuttosto che nel loro stato attuale. Osservare la materia oscura, che non produce luce, è ancora più impegnativo.
Considera una galassia sorgente lontana che è ancora più remota della galassia bersaglio per studiare la sua materia oscura. Come previsto da La teoria della relatività generale di Einstein, l'attrazione gravitazionale della galassia in primo piano, inclusa la sua materia oscura, distorce l'ambiente circostante spazio e tempo. La forma apparente della galassia è alterata a causa della curvatura della luce della galassia sorgente mentre attraversa la distorsione. La distorsione aumenta con la quantità di materia oscura. A causa della distorsione, i ricercatori possono calcolare la quantità di materia oscura in prossimità della galassia in primo piano (conosciuta anche come galassia della “lente”).
Oltre un certo punto, sorge un problema: le galassie sono estremamente deboli negli angoli più remoti dell'universo. Di conseguenza, questa strategia ottiene meno successo quando guardiamo più lontano dalla Terra. Devono esserci molte galassie di fondo per identificare il segnale perché la distorsione della lente è in genere modesta e difficile da rilevare.
La maggior parte degli studi sono bloccati agli stessi limiti. Oltre a non essere in grado di identificare galassie sorgente abbastanza lontane per misurare la distorsione, gli scienziati hanno potuto analizzare la materia oscura solo da non più di 8-10 miliardi di anni fa.
Queste limitazioni hanno lasciato aperta la questione del distribuzione della materia oscura tra questo periodo e 13.7 miliardi di anni fa, intorno all'inizio del nostro universo.
I ricercatori in questo studio aggirano questo problema utilizzando i dati delle osservazioni Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC). Potrebbero rilevare 1.5 milioni di galassie con lenti usando la luce visibile, selezionata per essere vista 12 miliardi di anni fa.
Successivamente, hanno usato i forni a microonde del sfondo cosmico a microonde (CMB) per affrontare la mancanza di luce della galassia più lontana. Hanno utilizzato in particolare le microonde osservate dal satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea per quantificare la materia oscura attorno alle galassie del cristallino distorte dalle microonde.
Il professor Masami Ouchi dell'Università di Tokyo ha detto: “Guardi la materia oscura intorno a galassie lontane? È stata un'idea pazzesca. Nessuno si è reso conto che potevamo farlo. Ma dopo aver parlato di un grande campione di galassie distanti, Hironao è venuto da me e ha detto che potrebbe essere possibile osservare la materia oscura attorno a queste galassie con la CMB.
Il professore assistente Yuichi Harikane dell'Istituto per la ricerca sui raggi cosmici, Università di Tokyo, ha dichiarato: “La maggior parte dei ricercatori usa le galassie sorgente per misurare la distribuzione della materia oscura dal presente a otto miliardi di anni fa. Tuttavia, potremmo guardare più nel passato perché abbiamo usato la CMB più distante per misurare la materia oscura. Per la prima volta, stavamo misurando la materia oscura fin dai primi istanti dell'universo".
Dopo un'analisi preliminare, i ricercatori si sono presto resi conto di avere un campione sufficientemente grande per rilevare la distribuzione della materia oscura. Combinando il grande campione di galassie distanti e le distorsioni del lensing nella CMB, hanno rilevato la materia oscura ancora più indietro nel tempo, da 12 miliardi di anni fa. Questo è solo 1.7 miliardi di anni dopo il inizio dell'universo; quindi, queste galassie vengono viste subito dopo la loro prima formazione.
Il professor Hironao Miyatake designato da KMI ha dichiarato: “Sono stato felice di aver aperto una nuova finestra su quell'epoca. 12 miliardi di anni fa, le cose erano molto diverse. Vedete più galassie nel processo di formazione che in questo momento; iniziano a formarsi anche i primi ammassi di galassie. Gli ammassi di galassie comprendono 100-1000 galassie legate dalla gravità con grandi quantità di materia oscura”.
Neta Bahcall, Eugene Higgins professore di astronomia, professore di scienze astrofisiche e direttore degli studi universitari all'Università di Princeton, ha dichiarato: “Questo risultato dà un risultato molto coerente immagine di galassie e la loro evoluzione, così come la materia oscura dentro e intorno alle galassie, e come questa immagine si evolve nel tempo”.
Una delle scoperte più interessanti dei ricercatori è stata correlata alla massa della materia oscura. Secondo la teoria cosmologica standard, il modello Lambda-CDM, le fluttuazioni sottili nella CMB formano pozze di materia densamente impacchettata attirando la materia circostante attraverso gravità. Questo crea grumi disomogenei che formano stelle e galassie in queste regioni dense. I risultati del gruppo suggeriscono che la loro misurazione dell'aggregazione era inferiore a quanto previsto dal modello Lambda-CDM.
Miyatake ha detto, “La nostra scoperta è ancora incerta. Ma se è vero, suggerirebbe che l'intero modello è difettoso mentre vai più indietro nel tempo. Questo è eccitante perché se il risultato persiste dopo che le incertezze sono state ridotte, potrebbe suggerire un miglioramento del modello che potrebbe fornire informazioni sulla natura della materia oscura stessa".
Andrés Plazas Malagón, ricercatore associato dell'Università di Princeton, ha dichiarato: "A questo punto, cercheremo di ottenere dati migliori per vedere se il modello Lambda-CDM può spiegare le nostre osservazioni nell'universo. E la conseguenza potrebbe essere che dobbiamo rivedere i presupposti che sono stati inseriti in questo modello”.
Michael Strauss, professore e presidente del Dipartimento di Scienze Astrofisiche dell'Università di Princeton, ha dichiarato: "Uno dei punti di forza dell'osservazione dell'universo mediante indagini su larga scala, come quelle utilizzate in questa ricerca, è che puoi studiare tutto ciò che vedi nelle immagini risultanti, da vicino asteroidi nel nostro sistema solare alle galassie più lontane dall'universo primordiale. Puoi utilizzare gli stessi dati per esplorare molte nuove domande".
Riferimento della Gazzetta:
- Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, et al. Prima identificazione di un segnale di lente CMB prodotto da 1.5 milioni di galassie a z∼4: vincoli sulle fluttuazioni della densità della materia ad alto spostamento verso il rosso. Fis. Rev. Lett. 129, 061301 – Pubblicato il 1 agosto 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061301
