Wypaczone wizje kosmicznego mikrofalowego tła - najwcześniej wykrywalnego światła - pozwalają astronomom na mapowanie całkowitej ilości widocznej i niewidzialnej materii we wszechświecie.
Około 85 procent całej materii we wszechświecie to ciemna materia, niewidoczna nawet dla najpotężniejszych teleskopów, ale wykrywalna przez siłę grawitacji.
Aby znaleźć ciemną materię, astronomowie szukają efektu zwanego soczewkowaniem grawitacyjnym: gdy przyciąganie grawitacyjne ciemnej materii wygina się i wzmacnia światło z bardziej odległego obiektu. W swojej najbardziej ekscentrycznej formie powoduje powstanie wielu łukowatych obrazów odległych obiektów kosmicznych.
Jest jednak jedno zastrzeżenie: aby wykryć ciemną materię, bezpośrednio za nią musi znajdować się obiekt. „Gwiazdy” muszą być wyrównane.
W ostatnim badaniu przeprowadzonym przez dr Jamesa Geacha z University of Hertfordshire w Wielkiej Brytanii astronomowie zamiast tego zwrócili uwagę na kosmiczne tło mikrofalowe (CMB).
„CMB jest najbardziej odległym / najstarszym światłem, jakie widzimy”, powiedział dr Geach dla czasopisma Space Magazine. „Można go traktować jako powierzchnię, która oświetla cały wszechświat.”
Fotony z CMB rzucają się w kierunku Ziemi, odkąd wszechświat miał zaledwie 380 000 lat. Pojedynczy foton miał okazję wpaść w dużą ilość materii, skutecznie sondując całą materię we wszechświecie wzdłuż linii wzroku.
„Tak więc nasz pogląd na CMB jest nieco zniekształcony z tego, jak sam w sobie wygląda - trochę jak spojrzenie na wzór na dnie basenu” - powiedział dr Geach.
Zauważając małe zniekształcenia w CMB, możemy zbadać całą ciemną materię w całym wszechświecie. Ale robienie tego jest niezwykle trudne.
Zespół obserwował południowe niebo za pomocą teleskopu biegun południowy, 10-metrowego teleskopu przeznaczonego do obserwacji w kuchence mikrofalowej. Ta duża, przełomowa ankieta stworzyła mapę CMB nieba południowego, która była spójna z poprzednimi danymi CMB z satelity Planck.
Charakterystyczne ślady soczewkowania grawitacyjnego przez interweniującą materię nie mogą być wydobyte przez oko. Astronomowie polegali na zastosowaniu dobrze rozwiniętej procedury matematycznej. Nie będziemy wchodzić w paskudne szczegóły.
W ten sposób powstała „mapa całkowitej przewidywanej gęstości masy między nami a CMB. Jest to całkiem niewiarygodne, jeśli się nad tym zastanowić - to technika obserwacyjna polegająca na mapowaniu całej masy we wszechświecie, bezpośrednio z powrotem do CMB ”- wyjaśnił dr Geach.
Ale zespół nie zakończył tam analizy. Zamiast tego nadal mierzyli soczewki CMB w pozycjach kwazarów - potężnych supermasywnych czarnych dziur w centrach najwcześniejszych galaktyk.
„Odkryliśmy, że obszary nieba o dużej gęstości kwazarów mają wyraźnie silniejszy sygnał soczewkowy CMB, co oznacza, że kwazary rzeczywiście znajdują się w strukturach materii na dużą skalę”, dr Ryan Hickox z Dartmouth College - drugi autor badania - powiedział Space Magazine.
Na koniec mapa CMB została wykorzystana do określenia masy tych aureoli ciemnej materii. Wyniki te były zgodne z ustalonymi w starszych badaniach, w których badano, w jaki sposób kwazary skupiały się w przestrzeni, bez żadnego odniesienia do CMB.
Spójne wyniki między dwoma niezależnymi pomiarami to potężne narzędzie naukowe. Według dr Hickoxa pokazuje, że „dobrze rozumiemy, jak supermasywne czarne dziury znajdują się w strukturach wielkoskalowych i że (po raz kolejny) Einstein miał rację”.
Artykuł został zaakceptowany do publikacji w Astrophysical Journal Letters i jest dostępny do pobrania tutaj.
