Темная Материя была чем-то загадочным с тех пор, как она была впервые предложена. В дополнение к попыткам найти некоторые прямые доказательства его существования, ученые также провели последние несколько десятилетий, развивая теоретические модели, чтобы объяснить, как это работает. В последние годы популярной концепцией стало то, что Темная материя «холодная» и распределена в глыбах по всей Вселенной, наблюдение подтверждается данными миссии Планка.
Однако новое исследование, проведенное международной группой исследователей, рисует другую картину. Используя данные обзора степени в килограммах (KiDS), эти исследователи изучили, как свет, исходящий от миллионов отдаленных галактик, был подвержен гравитационному воздействию вещества на самых больших масштабах. Они обнаружили, что Темная Материя выглядит более гладко распределенной по всему пространству, чем считалось ранее.
В течение последних пяти лет в исследовании KiDS использовался обзорный телескоп VLT (VST) - самый большой телескоп в обсерватории La Silla Paranal ESO в Чили - для съемки 1500 квадратных градусов южного ночного неба. Этот объем пространства контролировался в четырех полосах (УФ, ИК, зеленый и красный) с использованием слабого гравитационного линзирования и фотометрических измерений красного смещения.
В соответствии с теорией общей теории относительности Эйнштейна, гравитационное линзирование включает изучение того, как гравитационное поле массивного объекта будет излучать свет. Между тем, красное смещение пытается измерить скорость, с которой другие галактики удаляются от нашей, путем измерения степени, в которой их свет смещается к красному концу спектра (то есть его длина волны становится больше, чем быстрее удаляется источник).
Гравитационное линзирование особенно полезно, когда дело доходит до определения того, как возникла Вселенная. Наша текущая космологическая модель, известная как Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), утверждает, что Dark Energy ответственна за ускорение в последнее время в расширении Вселенной, и что Dark Matter состоит из массивных частиц, которые ответственны для формирования космологической структуры.
Используя небольшое изменение в этой технике, известной как космическое излучение, исследовательская группа изучила свет от далеких галактик, чтобы определить, как он искажается из-за присутствия самых больших структур во Вселенной (таких как сверхскопления и нити). Как доктор Хендрик Хильдебрандт - астроном из Института астрономии Аргеландера (AIfA) и ведущий автор статьи - сообщил Space Magazine по электронной почте:
«Обычно думают об одной большой массе, как о скоплении галактик, которое вызывает такое отклонение света. Но во всей Вселенной также есть материя. Свет от далеких галактик непрерывно отклоняется этой так называемой крупномасштабной структурой. Это приводит к тому, что галактики, расположенные близко к небу, «указывают» в одном направлении. Это крошечный эффект, но его можно измерить статистическими методами из больших выборок галактик. Когда мы измерили, насколько сильно галактики «указывают» в одном и том же направлении, мы можем вывести из этого статистические свойства крупномасштабной структуры, например, средняя плотность вещества и насколько сильно вещество сгруппировано / сгруппировано ».
Используя эту технику, исследовательская группа провела анализ данных KiDS на 450 квадратных градусов, что соответствует примерно 1% всего неба. В этом объеме пространства наблюдается, как свет, исходящий от около 15 миллионов галактик, взаимодействует со всей материей, которая лежит между ними и Землей.
Комбинируя чрезвычайно четкие изображения, полученные с помощью VST, с передовым компьютерным программным обеспечением, команда смогла выполнить одно из самых точных измерений, когда-либо сделанных для космического сдвига. Интересно, что результаты не соответствовали результатам, достигнутым миссией ЕКА «Планк», которая на сегодняшний день является наиболее полным картографом Вселенной.
Миссия Планка предоставила удивительно подробную и точную информацию о космическом микроволновом фоне (CMB). Это помогло астрономам составить карту ранней Вселенной, а также разработать теории распределения материи в этот период. Как объяснил Хильдебрандт:
«Планк измеряет многие космологические параметры с исключительной точностью по температурным флуктуациям космического микроволнового фона, то есть по физическим процессам, которые произошли через 400 000 лет после Большого взрыва. Два из этих параметров - средняя плотность материи Вселенной и мера того, насколько сильно эта материя сгущается. С помощью космического сдвига мы также измеряем эти два параметра, но намного позже космических времен (несколько миллиардов лет назад или ~ 10 миллиардов лет после Большого взрыва), то есть в нашем более недавнем прошлом ».
Однако Хильдебрандт и его команда нашли значения для этих параметров, которые были значительно ниже, чем значения, найденные Планком. В основном, их результаты космического сдвига предполагают, что во Вселенной меньше материи и что она менее кластерна, чем предсказывали результаты Планка. Эти результаты, вероятно, окажут влияние на космологические исследования и теоретическую физику в ближайшие годы.
В нынешнем виде Dark Matter остается необнаружимым с помощью стандартных методов. Как и черные дыры, его существование может быть выведено только из наблюдаемых гравитационных эффектов, которые он оказывает на видимую материю. В этом случае его присутствие и фундаментальный характер измеряются тем, как оно повлияло на эволюцию Вселенной за последние 13,8 миллиардов лет. Но поскольку результаты кажутся противоречивыми, астрономам, возможно, теперь придется пересмотреть некоторые из своих ранее принятых представлений.
«Есть несколько вариантов: поскольку мы не понимаем доминирующих компонентов Вселенной (темная материя и темная энергия), мы можем играть со свойствами обоих», - сказал Хильдебрандт. «Например, различные формы темной энергии (более сложные, чем простейшая возможность, то есть« космологическая постоянная »Эйнштейна) могут объяснить наши измерения. Другая захватывающая возможность состоит в том, что это признак того, что законы гравитации в масштабе Вселенной отличаются от Общей теории относительности. Все, что мы можем сейчас сказать, это то, что что-то не так!
