Še eno prelomno odkritje avtorja Univerza v NagojiŠest Nobelovih nagrajencev se ozira v dele vesolja dlje kot kdaj koli prej. V sodelovanju z Univerza v Tokiu in Princeton University, so raziskovalci razkrili, kako so opazovali nastanek temne snovi okoli galaksij pred 12 milijardami let z uporabo ostankov sevanja velikega poka.
Videti dogodke, ki so se zgodili tako dolgo nazaj, je lahko izziv. Zaradi omejene hitrosti svetlobe je ekipa opazovala oddaljene galaksije v njihovi zgodovini pred milijardo let in ne v njihovem sedanjem stanju. Opazovanje temne snovi, ki ne proizvaja svetlobe, je še zahtevnejše.
Razmislite o oddaljeni izvorni galaksiji, ki je še bolj oddaljena od ciljne galaksije za preučevanje njene temne snovi. Kot je napovedal Einsteinova teorija splošne relativnosti, gravitacijska sila galaksije v ospredju, vključno z njeno temno snovjo, izkrivlja okolico prostor in čas. Navidezna oblika galaksije je spremenjena zaradi upogibanja svetlobe iz izvorne galaksije, ko gre skozi popačenje. Popačenje se povečuje s količino temne snovi. Zaradi izkrivljanja lahko raziskovalci izračunajo količino temna snov v bližini galaksije v ospredju (znane tudi kot galaksija »leča«).
Po določeni točki se pojavi težava: Galaksije so v najbolj oddaljenih delih vesolja izjemno temne. Posledično postaja ta strategija manj uspešna, ko gledamo dlje od Zemlje. Za prepoznavanje signala mora obstajati veliko galaksij v ozadju, ker je popačenje leče običajno skromno in ga je težko zaznati.
Večina študij je obtičala pri istih mejah. Poleg tega, da znanstveniki niso mogli identificirati dovolj oddaljenih izvornih galaksij, da bi izmerili popačenje, so lahko analizirali samo temno snov izpred največ 8-10 milijard let.
Te omejitve so pustile odprto vprašanje porazdelitev temne snovi od tega časa do pred 13.7 milijarde let, približno na začetku našega vesolja.
Raziskovalci v tej študiji to težavo rešijo z uporabo podatkov iz raziskave Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC). Z uporabo vidne svetlobe so lahko zaznali 1.5 milijona galaksij z lečo, ki so bile izbrane za ogled pred 12 milijardami let.
Nato so uporabili mikrovalovne pečice iz kozmično mikrovalovno ozadje (CMB), da bi odpravili pomanjkanje svetlobe oddaljenih galaksij. Posebej so uporabili mikrovalove, ki jih je opazoval satelit Planck Evropske vesoljske agencije, da bi kvantificirali temno snov okoli galaksij z lečami, ki so jo popačili mikrovalovi.
Profesor Masami Ouchi z univerze v Tokiu je dejal, »Oglejte si temno snov okoli oddaljenih galaksij? To je bila nora ideja. Nihče se ni zavedal, da lahko to storimo. Ko pa sem govoril o velikem vzorcu oddaljene galaksije, je Hironao prišel k meni in rekel, da je mogoče temno snov okoli teh galaksij pogledati s CMB."
Docent Yuichi Harikane z Inštituta za raziskave kozmičnih žarkov Univerze v Tokiu je dejal, »Večina raziskovalcev uporablja izvorne galaksije za merjenje porazdelitve temne snovi od sedanjosti do pred osmimi milijardami let. Vendar pa bi lahko pogledali dlje v preteklost, ker smo za merjenje temne snovi uporabili bolj oddaljen CMB. Prvič smo merili temno snov od skoraj najzgodnejših trenutkov vesolja.«
Po preliminarni analizi so raziskovalci kmalu ugotovili, da imajo dovolj velik vzorec za zaznavanje porazdelitve temne snovi. S kombinacijo velikega vzorca oddaljene galaksije in popačenja leče v CMB so zaznali temno snov še dlje v preteklost, izpred 12 milijard let. To je le 1.7 milijarde let po začetek vesolja; tako so te galaksije vidne kmalu po njihovem nastanku.
Hironao Miyatake, imenovani docent KMI, je dejal, »Vesel sem bil, da smo odprli novo okno v tisto obdobje. Pred 12 milijardami let so bile stvari zelo drugačne. Vidite več galaksij v procesu nastajanja kot trenutno; se začenjajo oblikovati tudi prve jate galaksij. Jate galaksij obsegajo 100-1000 galaksij, ki jih gravitacija povezuje z velikimi količinami temne snovi.«
Neta Bahcall, Eugene Higgins, profesorica astronomije, profesorica astrofizikalnih znanosti in direktorica dodiplomskega študija na Univerzi Princeton, je dejala, »Ta rezultat je zelo dosleden slika galaksij in njihov razvoj, pa tudi temna snov v galaksijah in okoli njih ter kako se ta slika razvija s časom.«
Ena najbolj vznemirljivih ugotovitev raziskovalcev je bila povezana z grudastostjo temne snovi. V skladu s standardno teorijo kozmologije, modelom Lambda-CDM, subtilna nihanja v CMB tvorijo bazene gosto zapakirane snovi tako, da privlačijo okoliško snov skozi teža. To ustvarja nehomogene kepe, ki tvorijo zvezde in galaksije v teh gostih regijah. Ugotovitve skupine kažejo, da je bila njihova meritev grudavosti nižja od predvidene z modelom Lambda-CDM.
Miyatake je rekel »Naša ugotovitev je še vedno negotova. Toda če je res, bi to pomenilo, da je celoten model napačen, ko greste dlje v preteklost. To je vznemirljivo, ker če rezultat ostane po zmanjšanju negotovosti, bi lahko predlagal izboljšavo modela, ki bi lahko zagotovil vpogled v naravo same temne snovi.
Andrés Plazas Malagón, pridruženi raziskovalec na univerzi Princeton, je dejal, "Na tej točki bomo poskušali pridobiti boljše podatke, da bi videli, ali lahko model Lambda-CDM pojasni naša opazovanja v vesolju. In posledica je lahko, da moramo ponovno pregledati predpostavke, ki so bile vključene v ta model."
Michael Strauss, profesor in predsednik oddelka za astrofizikalne znanosti na univerzi Princeton, je dejal, »Ena od prednosti gledanja vesolja z uporabo obsežnih anket, kot so tiste, uporabljene v tej raziskavi, je ta, da lahko preučujete vse, kar vidite na nastalih slikah, iz bližine. asteroidov v našem sončnem sistemu do najbolj oddaljenih galaksij iz zgodnjega vesolja. Iste podatke lahko uporabite za raziskovanje številnih novih vprašanj.«
Referenca dnevnika:
- Hironao Miyatake, Yuichi Harikane idr. Prva identifikacija signala leče CMB, ki ga proizvaja 1.5 milijona galaksij pri z∼4: Omejitve za nihanje gostote snovi pri velikem rdečem premiku. Fiz. Rev. Lett. 129, 061301 – Objavljeno 1. avgusta 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061301
