Еще одно революционное открытие, сделанное Нагойский университетШесть лауреатов Нобелевской премии заглядывают в космос дальше, чем когда-либо прежде. В сотрудничестве с Токийский университет и Принстонский университет, исследователи рассказали, как они наблюдали образование темной материи вокруг галактик 12 миллиардов лет назад, используя радиационные остатки Большого взрыва.
Может быть сложно увидеть события, которые произошли так давно. Из-за ограниченной скорости света команда наблюдала за далекими галактиками в их истории до миллиарда лет, а не в их нынешнем состоянии. Наблюдение за темной материей, которая не излучает свет, еще сложнее.
Рассмотрим далекую галактику-источник, которая находится еще дальше, чем целевая галактика для изучения ее темной материи. Как и предсказывал Общая теория относительности Эйнштейна, гравитационное притяжение галактики переднего плана, включая ее темную материю, искажает окружающую пространство и время. Видимая форма галактики изменяется в результате того, что свет от галактики-источника изгибается, когда он проходит через искажение. Искажение увеличивается с количеством темной материи. Из-за искажения исследователи могут рассчитать количество темной материи вблизи галактики переднего плана (также известной как галактика-линза).
После определенного момента возникает проблема: галактики чрезвычайно тусклые в самых дальних уголках Вселенной. В результате эта стратегия становится менее успешной по мере того, как мы смотрим дальше от Земли. Чтобы идентифицировать сигнал, должно быть много фоновых галактик, потому что искажение линзы обычно небольшое и его сложно обнаружить.
Большинство исследований застряли в одних и тех же пределах. Помимо того, что они не могли идентифицировать достаточно далекие галактики-источники для измерения искажения, ученые могли анализировать только темную материю не более 8-10 миллиардов лет назад.
Эти ограничения оставили открытым вопрос о распределение темной материи между этим временем и 13.7 миллиардов лет назад, примерно в начале нашей Вселенной.
Исследователи в этом исследовании решают эту проблему, используя данные наблюдений Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC). Они могли бы обнаружить 1.5 миллиона галактик-линз, используя видимый свет, выбранный для наблюдения 12 миллиардов лет назад.
Затем они использовали микроволны из космический микроволновый фон (CMB), чтобы решить проблему отсутствия света в галактике дальше. Они специально использовали микроволны, наблюдаемые спутником Planck Европейского космического агентства, для количественной оценки темной материи вокруг галактик-линз, искаженных микроволнами.
Профессор Масами Оучи из Токийского университета сказал: «Посмотрите на темную материю вокруг далеких галактик? Это была сумасшедшая идея. Никто не знал, что мы можем это сделать. Но после того, как я рассказал о большом образце далекой галактики, Хиронао подошел ко мне и сказал, что возможно исследовать темную материю вокруг этих галактик с помощью реликтового излучения».
Доцент Юичи Харикане из Института исследований космических лучей Токийского университета сказал: «Большинство исследователей используют галактики-источники для измерения распределения темной материи от настоящего до восьми миллиардов лет назад. Однако мы могли заглянуть еще дальше в прошлое, потому что использовали более отдаленное реликтовое излучение для измерения темной материи. Впервые мы измеряли темную материю почти с самых ранних моментов Вселенной».
После предварительного анализа исследователи вскоре поняли, что у них есть достаточно большая выборка, чтобы обнаружить распределение темной материи. Объединив образец большой далекой галактики и линзовые искажения в реликтовом излучении, они обнаружили темную материю еще дальше во времени, 12 миллиардов лет назад. Это всего через 1.7 миллиарда лет после начало вселенной; таким образом, эти галактики видны вскоре после того, как они впервые образовались.
Назначенный доцент KMI Хиронао Миятакэ сказал: «Я был счастлив, что мы открыли новое окно в ту эпоху. 12 миллиардов лет назад все было совсем иначе. Вы видите больше галактик в процессе формирования, чем сейчас; также начинают формироваться первые скопления галактик. Скопления галактик состоят из 100-1000 галактик, связанных гравитацией с большим количеством темной материи».
Нета Бахколл, профессор астрономии Юджина Хиггинса, профессор астрофизических наук и директор бакалавриата Принстонского университета, сказала: «Этот результат дает очень последовательную картина галактик и их эволюция, а также темная материя в галактиках и вокруг них, и как эта картина меняется со временем».
Одно из самых захватывающих открытий исследователей было связано с комковатостью темной материи. Согласно стандартной теории космологии, модели Lambda-CDM, тонкие флуктуации реликтового излучения образуют скопления плотно упакованного вещества, притягивая окружающее вещество через вес. Это создает неоднородные скопления, которые образуют звезды и галактики в этих плотных областях. Выводы группы показывают, что их измерение комковатости было ниже, чем предсказывает модель Lambda-CDM.
Миятакэ сказал, «Наше открытие все еще остается неопределенным. Но если это правда, это предполагает, что вся модель ошибочна, если вы углубитесь в прошлое. Это захватывающе, потому что, если результат сохранится после уменьшения неопределенностей, это может предложить улучшение модели, которое может дать представление о природе самой темной материи».
Андрес Пласас Малагон, научный сотрудник Принстонского университета, сказал: «На данный момент мы попытаемся получить более качественные данные, чтобы увидеть, может ли модель Lambda-CDM объяснить наши наблюдения во Вселенной. И следствием может быть то, что нам нужно пересмотреть предположения, которые вошли в эту модель».
Майкл Штраус, профессор и заведующий кафедрой астрофизических наук Принстонского университета, сказал: «Одна из сильных сторон взгляда на Вселенную с помощью крупномасштабных обзоров, таких как те, которые использовались в этом исследовании, заключается в том, что вы можете изучить все, что видите на полученных изображениях, с близкого расстояния. астероиды в нашей Солнечной системе до самых далеких галактик ранней Вселенной. Вы можете использовать те же данные, чтобы исследовать множество новых вопросов».
Справочник журнала:
- Хиронао Миятакэ, Юичи Харикане и др. Первая идентификация сигнала линзирования реликтового излучения, создаваемого 1.5 миллионами галактик на z ~ 4: ограничения на флуктуации плотности вещества при высоком красном смещении. физ. Преподобный Летт. 129, 061301 - Опубликовано 1 августа 2022 г. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061301
