W tym tygodniu naukowcy we współpracy z Dark Energy Survey (DES) opublikowali pierwszą z serii szczegółowych map przedstawiających rozkład ciemnej materii wynikający z jej efektów grawitacyjnych. Nowe dane pokazują duże włókna ciemnej materii, gdzie leżą widoczne galaktyki i gromady galaktyk, oraz puste przestrzenie kosmiczne, w których przebywa bardzo niewiele galaktyk.
„Nasza dotychczasowa analiza jest zgodna z tym, co przewiduje obecny obraz wszechświata”, powiedział Chihway Chang ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii (ETH) w Zurychu, współprzewodniczący analizy. „Przybliżając mapy, zmierzyliśmy, w jaki sposób ciemna materia otacza galaktyki różnych typów i jak razem ewoluują w czasie kosmicznym.”
Badania i mapy, które obejmują duży obszar nieba, są wynikiem ogromnego wysiłku międzynarodowego zespołu z USA, Wielkiej Brytanii, Hiszpanii, Niemiec, Szwajcarii i Brazylii. Zapowiedzieli swoje nowe wyniki na spotkaniu American Physical Society (APS) w Baltimore w stanie Maryland.
Według kosmologów cząstki ciemnej materii przepływają i zbrylają się w czasie w określonych regionach kosmosu, często w tych samych miejscach, w których galaktyki tworzą się i gromadą. Z biegiem czasu we wszechświecie rozwija się „kosmiczna sieć”. Chociaż ciemna materia jest niewidoczna, rozszerza się wraz z wszechświatem i odczuwa przyciąganie grawitacyjne. Astrofizycy mogą następnie rekonstruować mapy, badając miliony galaktyk, podobnie jak można wywnioskować zmienną orientację stada ptaków z cienia poruszającego się po ziemi.
Naukowcy z DES stworzyli mapy za pomocą jednego z najpotężniejszych aparatów cyfrowych na świecie, 570-megapikselowej kamery ciemnej energii (DECam), która jest szczególnie wrażliwa na światło odległych galaktyk. Jest on zamontowany na 4-metrowym teleskopie Victor M. Blanco, znajdującym się w międzyamerykańskim obserwatorium Cerro Tololo w północnym Chile. Każdy z jego obrazów rejestruje dane z obszaru 20 razy większego niż księżyc widziany z ziemi.
Ponadto DECam zbiera dane prawie dziesięć razy szybciej niż poprzednie maszyny. Według Davida Bacona z University of Portsmouth's Institute of Cosmology and Gravitation: „To pozwala nam patrzeć głębiej w kosmos i widzieć efekty ciemnej materii i ciemnej energii z większą jasnością. Jak na ironię, chociaż te ciemne istoty stanowią 96% naszego wszechświata, zobaczenie ich jest trudne i wymaga ogromnej ilości danych. ”
Teleskop i jego instrumenty umożliwiają precyzyjne pomiary z wykorzystaniem techniki znanej jako „soczewkowanie grawitacyjne”. Astrofizycy badają niewielkie zniekształcenia i ścinanie obrazów galaktyk z powodu przyciągania grawitacyjnego ciemnej materii wokół nich, podobnie jak wypaczone obrazy obiektów w lupie, z tym wyjątkiem, że soczewkowane galaktyki obserwowane przez naukowców DES mają co najmniej 6 miliardów światła- za lata.
Chang i Vinu Vikram (Argonne National Laboratory) przeprowadzili analizę, za pomocą której prześledzili sieć ciemnej materii z niespotykanymi szczegółami na 139 stopniach kwadratowych półkuli południowej. „Zmierzyliśmy ledwo zauważalne zniekształcenia w kształtach około 2 milionów galaktyk, aby zbudować te nowe mapy” - powiedział Vikram. Stanowi to mniej niż 0,4% całego nieba, ale wypełniona ankieta DES wyznaczy ponad 30 razy ten obszar w ciągu najbliższych kilku lat.
Przedłożyli swój artykuł badawczy do publikacji w nadchodzącym numerze Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society, a zespół DES publicznie opublikował go we wtorek w ramach zestawu artykułów na serwerze arXiv.org.
Precyzja i szczegółowość tych dużych, ciągłych map tworzonych przez naukowców DES pozwoli na przetestowanie innych modeli kosmologicznych. „Jestem bardzo podekscytowany tym, co te mapy powiedzą nam o ciemnej materii w gromadach galaktyk, szczególnie w odniesieniu do teorii zmodyfikowanej grawitacji” - mówi Robert Nichol (University of Portsmouth). Model grawitacji Einsteina, ogólna teoria względności, może być niepoprawny w dużych skalach kosmologicznych lub w najgęstszych regionach wszechświata, a bieżące badania z Dark Energy Survey ułatwią zbadanie tego.
