การค้นพบครั้งใหม่อีกครั้งโดย มหาวิทยาลัยนาโกย่าผู้ชนะรางวัลโนเบลทั้งหกคนมองย้อนกลับไปสู่ส่วนต่าง ๆ ของอวกาศที่ไกลกว่าที่เคยเป็นมา ร่วมกับ มหาวิทยาลัยโตเกียว และ มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันนักวิจัยเปิดเผยว่าพวกเขาสังเกตการก่อตัวของสสารมืดรอบกาแลคซีเมื่อ 12 พันล้านปีก่อนโดยใช้รังสีที่ตกค้างจากบิกแบงได้อย่างไร
การได้เห็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อนานมาแล้วอาจเป็นเรื่องยาก เนื่องจากความเร็วแสงที่จำกัด ทีมงานจึงสำรวจดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไปในประวัติศาสตร์ก่อนพันล้านปีแทนที่จะเป็นสถานะปัจจุบัน การสังเกตสสารมืดซึ่งไม่ก่อให้เกิดแสงยังคงเป็นเรื่องที่ท้าทายกว่า
พิจารณากาแล็กซีต้นทางที่อยู่ห่างไกลออกไปซึ่งห่างไกลจากกาแล็กซีเป้าหมายเพื่อศึกษาสสารมืด ตามคำทำนาย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์, แรงดึงดูดของดาราจักรเบื้องหน้า รวมทั้งสสารมืดของมัน ทำให้สิ่งรอบตัวบิดเบี้ยว พื้นที่และเวลา. รูปร่างที่ชัดเจนของดาราจักรเปลี่ยนแปลงไปอันเป็นผลมาจากแสงจากดาราจักรต้นทางโค้งงอเมื่อผ่านการบิดเบือน การบิดเบือนจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณของสสารมืด เนื่องจากการบิดเบือน นักวิจัยสามารถคำนวณปริมาณของ สสารมืด ในบริเวณใกล้เคียงกับดาราจักรเบื้องหน้า (เรียกอีกอย่างว่าดาราจักร "เลนส์")
เกินจุดหนึ่ง ปัญหาเกิดขึ้น: กาแล็กซีสลัวมากในบริเวณสุดขอบจักรวาล ด้วยเหตุนี้ กลยุทธ์นี้จึงประสบความสำเร็จน้อยลงเมื่อเรามองออกห่างจากโลกมากขึ้น ต้องมีกาแล็กซีพื้นหลังจำนวนมากเพื่อระบุสัญญาณ เนื่องจากโดยปกติแล้วความผิดเพี้ยนของเลนส์จะค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวและตรวจจับได้ยาก
การศึกษาส่วนใหญ่ติดอยู่ที่ขอบเขตเดียวกัน นอกจากจะไม่สามารถระบุกาแลคซีต้นทางที่ห่างไกลได้มากพอที่จะวัดความบิดเบี้ยวแล้ว นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์สสารมืดได้เมื่อไม่เกิน 8-10 พันล้านปีก่อนเท่านั้น
ข้อจำกัดเหล่านี้เปิดประเด็นให้ การกระจายของสสารมืด ระหว่างเวลานี้กับ 13.7 พันล้านปีก่อน ซึ่งเป็นช่วงเริ่มต้นของจักรวาลของเรา
นักวิจัยในการศึกษานี้แก้ไขปัญหานี้โดยใช้ข้อมูลจากการสำรวจ Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC) พวกเขาสามารถตรวจจับกาแล็กซีเลนส์ 1.5 ล้านชิ้นโดยใช้แสงที่มองเห็นได้ ซึ่งคัดเลือกมาให้เห็นเมื่อ 12 พันล้านปีก่อน
ต่อไปก็ใช้ไมโครเวฟจาก พื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล (CMB) เพื่อแก้ปัญหาการขาดแสงดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเขาใช้ไมโครเวฟที่สังเกตโดยดาวเทียม Planck ขององค์การอวกาศยุโรปเพื่อหาปริมาณสสารมืดรอบกาแลคซีเลนส์ที่บิดเบี้ยวด้วยไมโครเวฟ
ศาสตราจารย์ Masami Ouchi จากมหาวิทยาลัยโตเกียวกล่าวว่า “ดูสสารมืดรอบๆ ดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไปไหม? มันเป็นความคิดที่บ้า ไม่มีใครรู้ว่าเราทำสิ่งนี้ได้ แต่หลังจากที่ฉันพูดถึงตัวอย่างดาราจักรขนาดใหญ่ที่อยู่ห่างไกล ฮิโรนาโอะมาหาฉันและบอกว่ามันอาจเป็นไปได้ที่จะดูสสารมืดรอบๆ ดาราจักรเหล่านี้ด้วย CMB”
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Yuichi Harikane จากสถาบันวิจัยรังสีคอสมิก มหาวิทยาลัยโตเกียว กล่าวว่า “นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้กาแลคซีต้นทางเพื่อวัดการกระจายของสสารมืดจากปัจจุบันจนถึงแปดพันล้านปีก่อน อย่างไรก็ตาม เราสามารถมองย้อนกลับไปในอดีตได้เพราะเราใช้ CMB ที่ห่างไกลกว่าในการวัดสสารมืด นับเป็นครั้งแรกที่เราทำการวัดสสารมืดตั้งแต่ช่วงแรกสุดของจักรวาล”
หลังจากการวิเคราะห์เบื้องต้น นักวิจัยได้ตระหนักว่าพวกเขามีตัวอย่างขนาดใหญ่พอที่จะตรวจจับการกระจายตัวของสสารมืดได้ เมื่อรวมตัวอย่างดาราจักรขนาดใหญ่ที่อยู่ห่างไกลและการบิดเบือนของเลนส์ใน CMB พวกมันสามารถตรวจจับสสารมืดได้ย้อนเวลากลับไปเมื่อ 12 พันล้านปีก่อน นี่เป็นเพียง 1.7 พันล้านปีหลังจาก จุดเริ่มต้นของจักรวาล; ดังนั้น ดาราจักรเหล่านี้จึงมองเห็นได้ไม่นานหลังจากที่พวกมันก่อตัวขึ้นครั้งแรก
KMI ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Hironao Miyatake กล่าวว่า “ฉันมีความสุขที่ได้เปิดหน้าต่างใหม่สู่ยุคนั้น เมื่อ 12 พันล้านปีก่อน สิ่งต่างๆ แตกต่างกันมาก คุณเห็นกาแลคซีในกระบวนการก่อตัวมากกว่าในปัจจุบัน กระจุกดาราจักรกลุ่มแรกก็เริ่มก่อตัวขึ้นเช่นกัน กระจุกดาราจักรประกอบด้วยกาแล็กซี 100-1000 กาแล็กซี่ที่ถูกแรงโน้มถ่วงจับกับสสารมืดจำนวนมาก”
Neta Bahcall, Eugene Higgins ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์, ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาราศาสตร์และผู้อำนวยการด้านการศึกษาระดับปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันกล่าวว่า “ผลลัพธ์นี้ให้ความสม่ำเสมอมาก ภาพของกาแล็กซี่ และวิวัฒนาการของพวกมัน เช่นเดียวกับสสารมืดในและรอบ ๆ ดาราจักร และภาพนี้วิวัฒนาการไปตามกาลเวลาอย่างไร”
การค้นพบที่น่าตื่นเต้นที่สุดชิ้นหนึ่งของนักวิจัยนั้นเกี่ยวข้องกับการรวมตัวกันเป็นก้อนของสสารมืด ตามทฤษฎีมาตรฐานของจักรวาลวิทยา แบบจำลองแลมบ์ดา-CDM ความผันผวนเล็กน้อยใน CMB ก่อให้เกิดการรวมตัวของสสารหนาแน่นโดยการดึงดูดสสารโดยรอบผ่าน แรงดึงดูด. สิ่งนี้ทำให้เกิดกระจุกที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งก่อตัวเป็นดาวและกาแลคซีในบริเวณที่หนาแน่นเหล่านี้ ผลการวิจัยของกลุ่มชี้ให้เห็นว่าการวัดความซุ่มซ่ามของพวกเขาต่ำกว่าที่คาดการณ์โดยโมเดล Lambda-CDM
มิยาทาเกะกล่าวว่า “การค้นพบของเรายังคงไม่แน่นอน แต่ถ้าเป็นเรื่องจริง แสดงว่าโมเดลทั้งหมดมีข้อบกพร่องเมื่อคุณย้อนเวลากลับไป สิ่งนี้น่าตื่นเต้นเพราะหากผลลัพธ์ยังคงอยู่หลังจากความไม่แน่นอนลดลง ก็สามารถแนะนำการปรับปรุงแบบจำลองที่อาจให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับธรรมชาติของสสารมืดได้”
Andrés Plazas Malagón นักวิชาการด้านการวิจัยที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันกล่าวว่า “ ณ จุดนี้ เราจะพยายามรับข้อมูลที่ดีขึ้นเพื่อดูว่าแบบจำลอง Lambda-CDM สามารถอธิบายการสังเกตของเราในจักรวาลได้หรือไม่ และผลที่ตามมาอาจเป็นได้ว่าเราต้องทบทวนสมมติฐานที่เข้ามาในแบบจำลองนี้อีกครั้ง”
Michael Strauss ศาสตราจารย์และหัวหน้าภาควิชาดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันกล่าวว่า “จุดแข็งประการหนึ่งของการมองดูจักรวาลโดยใช้แบบสำรวจขนาดใหญ่ เช่น แบบที่ใช้ในการวิจัยนี้คือ คุณสามารถศึกษาทุกอย่างที่คุณเห็นในภาพที่เกิดจากบริเวณใกล้เคียง ดาวเคราะห์น้อยในระบบสุริยะของเรา ไปจนถึงดาราจักรที่อยู่ห่างไกลจากเอกภพยุคแรก คุณสามารถใช้ข้อมูลเดียวกันเพื่อสำรวจคำถามใหม่ๆ มากมาย”
การอ้างอิงวารสาร:
- ฮิโรนาโอะ มิยาทาเกะ, ยูอิจิ ฮาริคาเนะ และคณะ การระบุสัญญาณเลนส์ CMB ครั้งแรกที่ผลิตโดยกาแลคซี 1.5 ล้านแห่งที่ z∼4: ข้อจำกัดเกี่ยวกับความผันผวนของความหนาแน่นของสสารที่ Redshift สูง สรีรวิทยา รายได้ Lett. 129, 061301 – เผยแพร่ 1 สิงหาคม 2022 ดอย: 10.1103/PhysRevLett.129.061301
