O altă descoperire revoluționară de către Universitatea din NagoyaCei șase câștigători ai Premiului Nobel se uită înapoi în părți ale spațiului mai mult decât oricând. În colaborare cu Universitatea din Tokyo și Princeton University, cercetătorii au dezvăluit modul în care au observat formarea materiei întunecate în jurul galaxiilor în urmă cu 12 miliarde de ani, folosind reziduurile de radiații de la Big Bang.
Poate fi o provocare să vezi evenimente care s-au întâmplat cu atât de mult timp în urmă. Datorită vitezei limitate a luminii, echipa a observat galaxii îndepărtate în istoria lor de dinainte de miliarde de ani, mai degrabă decât în starea lor actuală. Observarea materiei întunecate, care nu produce lumină, este încă mai dificilă.
Luați în considerare o galaxie sursă îndepărtată care este chiar mai îndepărtată decât galaxia țintă pentru studierea materiei sale întunecate. După cum a prezis de Teoria relativității generale a lui Einstein, atracția gravitațională a galaxiei din prim-plan, inclusiv materia sa întunecată, distorsionează mediul înconjurător spatiu si timp. Forma aparentă a galaxiei este modificată ca urmare a îndoirii luminii din galaxia sursă pe măsură ce trece prin distorsiune. Distorsiunea crește odată cu cantitatea de materie întunecată. Din cauza distorsiunii, cercetătorii pot calcula cantitatea de materia întunecată în vecinătatea galaxiei din prim plan (cunoscută și sub denumirea de galaxia „lentila”).
Dincolo de un anumit punct, apare o problemă: galaxiile sunt extrem de slabe în cele mai îndepărtate părți ale universului. Drept urmare, această strategie devine mai puțin reușită pe măsură ce privim mai departe de Pământ. Trebuie să existe multe galaxii de fundal pentru a identifica semnalul, deoarece distorsiunea lentilei este de obicei modestă și dificil de detectat.
Majoritatea studiilor sunt blocate la aceleași limite. Pe lângă faptul că nu au putut identifica suficiente galaxii sursă îndepărtată pentru a măsura distorsiunea, oamenii de știință au putut analiza materia întunecată de acum nu mai mult de 8-10 miliarde de ani.
Aceste limitări au lăsat deschisă problema distribuția materiei întunecate între acest moment și acum 13.7 miliarde de ani, în jurul începutului universului nostru.
Cercetătorii din acest studiu rezolvă această problemă utilizând date din observațiile Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC). Ele ar putea detecta 1.5 milioane de galaxii cu lentile folosind lumina vizibilă, selectată pentru a fi văzută acum 12 miliarde de ani.
Apoi, au folosit cuptorul cu microunde de la fundal cosmic cu microunde (CMB) pentru a aborda lipsa luminii galaxiilor mai departe. Ei au folosit în special microundele observate de satelitul Planck al Agenției Spațiale Europene pentru a cuantifica materia întunecată din jurul galaxiilor lentile distorsionate de microunde.
Profesorul Masami Ouchi de la Universitatea din Tokyo a spus: „Vă uitați la materia întunecată din jurul galaxiilor îndepărtate? A fost o idee nebună. Nimeni nu și-a dat seama că putem face asta. Dar după ce am vorbit despre un eșantion mare de galaxie îndepărtată, Hironao a venit la mine și mi-a spus că ar putea fi posibil să privesc materia întunecată din jurul acestor galaxii cu CMB.”
Profesorul asistent Yuichi Harikane de la Institutul de Cercetare a Razelor Cosmice, Universitatea din Tokyo, a spus: „Majoritatea cercetătorilor folosesc galaxiile sursă pentru a măsura distribuția materiei întunecate din prezent până în urmă cu opt miliarde de ani. Cu toate acestea, am putea privi mai departe în trecut, deoarece am folosit CMB mai îndepărtat pentru a măsura materia întunecată. Pentru prima dată, măsuram materia întunecată din aproape cele mai timpurii momente ale universului.”
După o analiză preliminară, cercetătorii și-au dat seama curând că au o probă suficient de mare pentru a detecta distribuția materiei întunecate. Combinând eșantionul mare de galaxie îndepărtată și distorsiunile lentilelor din CMB, ei au detectat materia întunecată și mai departe în timp, de acum 12 miliarde de ani. Aceasta este la doar 1.7 miliarde de ani după începutul universului; astfel, aceste galaxii sunt văzute la scurt timp după ce s-au format pentru prima dată.
Profesorul asistent desemnat KMI Hironao Miyatake a spus: „M-am bucurat că am deschis o nouă fereastră în acea eră. Acum 12 miliarde de ani, lucrurile erau foarte diferite. Vedeți mai multe galaxii în procesul de formare decât în prezent; primele grupuri de galaxii încep și ele să se formeze. Grupurile de galaxii cuprind 100-1000 de galaxii legate prin gravitație cu cantități mari de materie întunecată.”
Neta Bahcall, profesor de astronomie Eugene Higgins, profesor de științe astrofizice și director de studii de licență la Universitatea Princeton, a declarat: „Acest rezultat oferă un rezultat foarte consistent imaginea galaxiilor și evoluția lor, precum și materia întunecată din galaxii și din jurul lor și cum evoluează această imagine în timp.”
Una dintre cele mai interesante descoperiri ale cercetătorilor a fost legată de aglomerația materiei întunecate. Conform teoriei standard a cosmologiei, modelul Lambda-CDM, fluctuațiile subtile ale CMB formează bazine de materie dens ambalată prin atragerea materiei înconjurătoare prin gravitate. Acest lucru creează aglomerări neomogene care formează stele și galaxii în aceste regiuni dense. Descoperirile grupului sugerează că măsurarea aglomerației lor a fost mai mică decât cea prevăzută de modelul Lambda-CDM.
Miyatake a spus, „Descoperirea noastră este încă incertă. Dar dacă este adevărat, ar sugera că întregul model este viciat pe măsură ce mergi mai departe în timp. Acest lucru este incitant, deoarece, dacă rezultatul se menține după ce incertitudinile sunt reduse, ar putea sugera o îmbunătățire a modelului care ar putea oferi o perspectivă asupra naturii materiei întunecate în sine.”
Andrés Plazas Malagón, cercetător asociat la Universitatea Princeton, a spus: „În acest moment, vom încerca să obținem date mai bune pentru a vedea dacă modelul Lambda-CDM poate explica observațiile noastre în univers. Și consecința poate fi că trebuie să revizuim ipotezele care au intrat în acest model.”
Michael Strauss, profesor și președinte al Departamentului de Științe Astrofizice de la Universitatea Princeton, a spus: „Unul dintre punctele forte ale privirii universului folosind sondaje pe scară largă, cum ar fi cele folosite în această cercetare, este că poți studia tot ceea ce vezi în imaginile rezultate, din apropiere. asteroizii din sistemul nostru solar până la cele mai îndepărtate galaxii din universul timpuriu. Puteți folosi aceleași date pentru a explora multe întrebări noi.”
Referința jurnalului:
- Hironao Miyatake, Yuichi Harikane și colab. Prima identificare a unui semnal de lentilă CMB produs de 1.5 milioane de galaxii la z∼4: constrângeri asupra fluctuațiilor densității materiei la deplasare către roșu ridicată. Fiz. Rev. Lett. 129, 061301 – Publicat 1 august 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301
