Astronomii dezvăluie distribuția materiei întunecate din jurul galaxiilor de acum 12 miliarde de ani

O colaborare condusă de oamenii de știință de la Universitatea Nagoya din Japonia a investigat natura materiei întunecate care înconjoară galaxiile văzute așa cum erau ele acum 12 miliarde de ani.

Descoperirile lor, publicate în Physical Review Letters, oferă posibilitatea ca regulile fundamentale ale cosmologiei să fie diferite atunci când se examinează istoria timpurie a Universului nostru.

• Ce este ura și de ce apare?
• De ce ne gândim obsesiv la aceleași lucruri noaptea

Să vezi ceva ce s-a întâmplat cu atât de mult timp în urmă este dificil. Din cauza vitezei finite a luminii, vedem galaxiile îndepărtate nu așa cum sunt ele astăzi, ci așa cum erau acum miliarde de ani. Dar și mai dificilă este observarea materiei întunecate, care nu emite lumină.

Luați în considerare o galaxie sursă îndepărtată, chiar mai îndepărtată decât galaxia a cărei materie întunecată se dorește a fi investigată. Atracția gravitațională a galaxiei din prim-plan, inclusiv a materiei sale întunecate, distorsionează spațiul și timpul din jur, așa cum prevede teoria relativității generale a lui Einstein.

Regulile fundamentale ale cosmologiei ar putea fi diferite

Pe măsură ce lumina provenită din galaxia sursă călătorește prin această distorsiune, ea se curbează, schimbând forma aparentă a galaxiei. Cu cât cantitatea de materie întunecată este mai mare, cu atât mai mare este distorsiunea. Astfel, oamenii de știință pot măsura cantitatea de materie întunecată din jurul galaxiei din prim-plan (galaxia ,,lentilă”) în funcție de distorsiune.

Cu toate acestea, dincolo de un anumit punct, oamenii de știință întâmpină o problemă. Galaxiile din cele mai adânci zone ale Universului sunt incredibil de slabe. Prin urmare, cu cât ne îndepărtăm mai mult de Pământ, cu atât această tehnică devine mai puțin eficientă. Distorsiunea de lentilă este subtilă și dificil de detectat în majoritatea cazurilor, astfel încât sunt necesare multe galaxii de fundal pentru a detecta semnalul.

Majoritatea studiilor anterioare au rămas blocate la aceleași limite. Incapabile să detecteze suficiente galaxii sursă îndepărtate pentru a măsura distorsiunea, acestea au putut analiza doar materia întunecată de acum cel mult 8-10 miliarde de ani. Aceste limitări au lăsat deschisă întrebarea privind distribuția materiei întunecate între acest moment și acum 13,7 miliarde de ani, în jurul începutului Universului nostru.

Indicii despre materia întunecată

Pentru a depăși aceste provocări și pentru a observa materia întunecată, o echipă de cercetători condusă de Hironao Miyatake de la Universitatea Nagoya, în colaborare cu Universitatea din Tokyo, Observatorul Astronomic Național din Japonia și Universitatea Princeton, a folosit o sursă diferită de lumină de fond, microundele eliberate chiar de Big Bang.

În primul rând, folosind date din observațiile Subaru Hyper Suprime-Cam Survey (HSC), echipa a identificat 1,5 milioane de galaxii lentilă folosind lumina vizibilă, selectate pentru a fi văzute acum 12 miliarde de ani.

Apoi, pentru a depăși lipsa luminii galaxiilor și mai îndepărtate, au folosit microundele din fondul cosmic de microunde (CMB), reziduul de radiații de la Big Bang. Folosind microundele observate de satelitul Planck al Agenției Spațiale Europene, echipa a măsurat modul în care materia întunecată din jurul galaxiilor lentile a distorsionat microundele.

Una dintre cele mai interesante descoperiri ale astronomilor

,,Majoritatea cercetătorilor folosesc galaxii sursă pentru a măsura distribuția materiei întunecate din prezent până acum opt miliarde de ani”, a adăugat profesorul asistent Yuichi Harikane de la Institutul pentru Cercetarea Razelor Cosmice, Universitatea din Tokyo. ,,Cu toate acestea, am putut privi mai departe în trecut, deoarece am folosit CMB-ul mai îndepărtat pentru a măsura materia întunecată. Pentru prima dată, măsuram materia întunecată din aproape primele momente ale Universului”.

După o analiză preliminară, cercetătorii și-au dat seama curând că aveau un eșantion suficient de mare pentru a detecta distribuția materiei întunecate. Combinând eșantionul mare de galaxii îndepărtate și distorsiunile de lentilă din CMB, ei au detectat materia întunecată chiar și mai departe în timp, de acum 12 miliarde de ani. Aceasta este la numai 1,7 miliarde de ani de la începutul Universului și, prin urmare, aceste galaxii sunt văzute la scurt timp după ce s-au format.

Una dintre cele mai interesante descoperiri ale cercetătorilor a fost legată de aglomerarea materiei întunecate. Conform teoriei standard a cosmologiei, modelul Lambda-CDM, fluctuațiile subtile din CMB formează aglomerări de materie densă prin atragerea materiei înconjurătoare prin intermediul gravitației.

,,Descoperirea noastră este încă incertă”

Acest lucru creează aglomerări neomogene care formează stele și galaxii în aceste regiuni dense. Constatările grupului sugerează că măsurarea aglomerării lor a fost mai mică decât cea prevăzută de modelul Lambda-CDM.

,,Descoperirea noastră este încă incertă”, a spus Miyatake. ,,Dar, dacă este adevărată, ar sugera că întregul model este eronat pe măsură ce ne îndepărtăm în timp. Acest lucru este interesant, deoarece dacă rezultatul se menține după ce incertitudinile sunt reduse, ar putea sugera o îmbunătățire a modelului care ar putea oferi informații despre natura materiei întunecate însăși”.

,,Unul dintre punctele forte ale observării Universului cu ajutorul unor sondaje la scară largă, cum ar fi cele utilizate în această cercetare, este că poți studia tot ceea ce vezi în imaginile rezultate, de la asteroizii apropiați, până la cele mai îndepărtate galaxii din Universul timpuriu. Puteți folosi aceleași date pentru a explora o mulțime de întrebări noi”, a declarat Michael Strauss, profesor și președinte al Departamentului de Științe Astrofizice de la Universitatea Princeton, potrivit EurekAlert.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Mister rezolvat. Oamenii de știință ar fi descoperit cum s-au format galaxiile fără materie întunecată

Există materie întunecată în jurul nostru? Cercetătorii spun că da

Astronomii au descoperit o galaxie fără materie întunecată. „Ar trebui să existe, însă observațiile noastre spun altceva”

O aglomerare uriașă de materie întunecată, detectată de astrofiziceni în afara galaxiei Calea Lactee