Dark Matter była tajemnicą od momentu jej pierwszego zaproponowania. Oprócz prób znalezienia bezpośrednich dowodów na jego istnienie, naukowcy spędzili również kilka ostatnich dziesięcioleci, opracowując modele teoretyczne, aby wyjaśnić, jak to działa. W ostatnich latach popularną koncepcją było to, że Ciemna Materia jest „zimna” i rozproszona w skupiskach w całym Wszechświecie, obserwację tę potwierdzają dane z misji Plancka.
Jednak nowe badanie przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców przedstawia inny obraz. Korzystając z danych z Kilo Degree Survey (KiDS), badacze ci badali, w jaki sposób światło pochodzące z milionów odległych galaktyk wpłynęło na grawitacyjny wpływ materii na największą skalę. Odkryli, że Ciemna Materia wydaje się płynniej rozprowadzać w przestrzeni, niż wcześniej sądzono.
W ciągu ostatnich pięciu lat w badaniu KiDS korzystano z VLT Survey Telescope (VST) - największego teleskopu w obserwatorium ESO La Silla Paranal w Chile - do badania 1500 stopni kwadratowych nocnego nieba na południu. Ta objętość przestrzeni była monitorowana w czterech pasmach (UV, IR, zielony i czerwony) przy użyciu słabego soczewkowania grawitacyjnego i fotometrycznych pomiarów przesunięcia ku czerwieni.
Zgodnie z teorią ogólnej teorii względności Einsteina, soczewkowanie grawitacyjne polega na badaniu, w jaki sposób pole grawitacyjne masywnego obiektu ugina światło. Tymczasem przesunięcie ku czerwieni próbuje ocenić prędkość, z jaką inne galaktyki oddalają się od naszej, poprzez pomiar stopnia, w jakim ich światło jest przesunięte w kierunku czerwonego końca spektrum (tj. Długość fali staje się większa, im szybciej źródło się oddala).
Soczewkowanie grawitacyjne jest szczególnie przydatne, gdy chodzi o określenie, jak powstał wszechświat. Nasz obecny model kosmologiczny, znany jako model Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), stwierdza, że Ciemna Energia jest odpowiedzialna za późne przyspieszenie ekspansji Wszechświata, a Ciemna Materia składa się z masywnych cząstek, które są odpowiedzialne do tworzenia struktury kosmologicznej.
Wykorzystując niewielką zmienność tej techniki znanej jako promień kosmiczny, zespół badawczy zbadał światło z odległych galaktyk, aby określić, w jaki sposób jest ono wypaczane przez obecność największych struktur we Wszechświecie (takich jak supergromady i włókna). Jak dr Hendrik Hildebrandt - astronom z Argelander Institute for Astronomy (AIfA) i główny autor artykułu - powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Zwykle myśli się o jednej dużej masie jak gromadzie galaktyk, która powoduje to ugięcie światła. Ale jest też materia w całym Wszechświecie. Światło z odległych galaktyk jest stale odchylane przez tę tak zwaną strukturę na dużą skalę. Powoduje to, że galaktyki znajdujące się blisko nieba „wskazują” w tym samym kierunku. Jest to niewielki efekt, ale można go zmierzyć metodami statystycznymi z dużych próbek galaktyk. Gdy zmierzyliśmy, jak silnie galaktyki „wskazują” w tym samym kierunku, możemy wywnioskować z tego właściwości statystyczne struktury wielkoskalowej, np. średnia gęstość materii i stopień, w jakim materia jest skupiona / skupiona. ”
Korzystając z tej techniki, zespół badawczy przeprowadził analizę 450 stopni kwadratowych danych KiDS, co odpowiada około 1% całego nieba. W obrębie tej przestrzeni kosmicznej zaobserwowano, w jaki sposób światło pochodzące z około 15 milionów galaktyk wchodzi w interakcje z całą materią leżącą między nimi a Ziemią.
Łącząc niezwykle ostre obrazy uzyskane przez VST z zaawansowanym oprogramowaniem komputerowym, zespół był w stanie przeprowadzić jeden z najbardziej precyzyjnych pomiarów, jakie kiedykolwiek wykonano dla ścinania kosmicznego. Co ciekawe, wyniki nie były spójne z wynikami opracowanymi przez misję Planck ESA, która do tej pory była najbardziej wszechstronnym maperem Wszechświata.
Misja Plancka dostarczyła bardzo szczegółowych i dokładnych informacji na temat kosmicznego tła mikrofalowego (CMB). Pomogło to astronomom w mapowaniu wczesnego Wszechświata, a także w opracowaniu teorii rozkładu materii w tym okresie. Jak wyjaśnił Hildebrandt:
„Planck mierzy wiele parametrów kosmologicznych z niezwykłą precyzją na podstawie wahań temperatury kosmicznego mikrofalowego tła, tj. Procesów fizycznych, które miały miejsce 400 000 lat po Wielkim Wybuchu. Dwa z tych parametrów to średnia gęstość materii Wszechświata i miara siły skupienia tej materii. Za pomocą ścinania kosmicznego mierzymy również te dwa parametry, ale znacznie późniejsze czasy kosmiczne (kilka miliardów lat temu lub ~ 10 miliardów lat po Wielkim Wybuchu), tj. W naszej najnowszej przeszłości. ”
Jednak Hildebrandt i jego zespół znaleźli wartości tych parametrów, które były znacznie niższe niż te znalezione przez Plancka. Zasadniczo wyniki ich ścinania kosmicznego sugerują, że we Wszechświecie jest mniej materii i że jest ona mniej skupiona niż przewidywane wyniki Plancka. Wyniki te prawdopodobnie będą miały wpływ na badania kosmologiczne i fizykę teoretyczną w nadchodzących latach.
Na obecną chwilę Ciemna Materia pozostaje niewykrywalna przy użyciu standardowych metod. Podobnie jak czarne dziury, jego istnienie można wywnioskować jedynie na podstawie obserwowalnego wpływu grawitacji na widoczną materię. W tym przypadku jego obecność i fundamentalny charakter mierzy się, jak wpłynął na ewolucję Wszechświata w ciągu ostatnich 13,8 miliarda lat. Ponieważ jednak wyniki wydają się sprzeczne, astronomowie mogą teraz ponownie rozważyć niektóre z wcześniejszych pojęć.
„Istnieje kilka opcji: ponieważ nie rozumiemy dominujących składników Wszechświata (ciemnej materii i ciemnej energii), możemy bawić się właściwościami obu” - powiedział Hildebrandt. „Na przykład różne formy ciemnej energii (bardziej złożone niż najprostsza możliwość, którą jest„ stała kosmologiczna ”Einsteina) mogłyby wyjaśnić nasze pomiary. Inną ekscytującą możliwością jest to, że jest to znak, że prawa grawitacji w skali Wszechświata różnią się od ogólnej teorii względności. Na razie możemy tylko powiedzieć, że coś wydaje się nie tak!
