Вчені побачили найранішу темну матерію у Всесвіті

Поширити:

Фахівці використали вибірку із майже 1,5 мільйона об’єктів.

Те, що ми знаємо про темну матерію, отримано з розрахунків, заснованих на світінні навколишніх галактик. Однак чим далі ми дивимося, тим тьмянішим стає зоряне світло, через що стає важче побачити тонкий вплив цієї таємничої з сил.

Тепер у результаті співробітництва астрономів з Японії та США було знайдено інший спосіб пролити світло на далеку темряву, вивчаючи, як тіньові маси темної матерії спотворюють фонове свічення космосу. Дослідження було опубліковано в журналі Physical Review Letters.

Матерію називають темною лише тому, що вона не випромінює жодної інформації, яка б говорила нам щось про її природу. Ймовірно, це якась маса, схожа на частинку, з деякими властивостями, що мало чим відрізняється від нейтрино. Є ймовірність, що це відображення того, що ми неправильно зрозуміли про формування простору та часу.

Суть у тому, що ми досі немає конкретної теорії про те, як це явище співвідноситься з існуючою фізикою. Таким чином, отримання точної оцінки того, як виглядали ці давні ореоли темної матерії, принаймні сказали б нам, чи змінилися вони з часом.

Ми не можемо оцінити їхню загальну масу — як невидимих, так і тих, що світяться — шляхом вимірювання їхнього блідого світла. Але можна використовувати те, як їхня колективна маса спотворює зоряне світло, що проходить через навколишній простір.

Цей метод лінзування працює досить добре для великих груп галактик, що спостерігаються 8-10 мільярдів років тому. Однак що далі ми хочемо зазирнути, то менше фонового зоряного випромінювання для аналізу спотворень.

За словами астрофізика з Нагойського університету Хіронао Міятаке та його колег, є ще одне джерело світла, яке ми могли б використовувати, яке називається космічним мікрохвильовим фоном (CMB).

Думайте про CMB як про ранню фотографію новонародженого космосу. Відлуння світла, випущене, коли Всесвіту було близько 300 000 років, тепер пронизує простір у вигляді слабкого випромінювання.

Вчені використовують тонкі візерунки в цьому фоновому гулі для перевірки всіляких гіпотез про перші критичні фази еволюції Всесвіту. Однак використання його для оцінки середньої маси далеких галактик і розподілу навколишніх ореолів темної матерії було першим.

«Це була божевільна ідея. Ніхто не знав, що ми можемо це зробити», – каже Масамі Оучі, астрофізик з Токійського університету – але після того, як я виступив з доповіддю про великий зразок далекої галактики, Хіронао підійшов до мене і сказав, що можливо досліджувати темну матерію навколо цих галактик за допомогою реліктового випромінювання».

Хіронао та його колеги зосередилися на особливому наборі віддалених об’єктів зіркоутворення, які називають галактиками Лайман-брейк.

Використовуючи вибірку, що складається з майже 1,5 мільйона таких об’єктів, зібраних у ході дослідження Стратегічної програми Hyper Suprime-Cam Subaru, вони розпочали аналіз закономірностей мікрохвильового випромінювання, що спостерігається супутником Planck Європейського космічного агентства.

Результати надали дослідникам типову масу гало для галактик близько 12 мільярдів років минулого, епоха, яка сильно відрізнялася від тієї, яку ми бачимо сьогодні ближче до будинку.

Відповідно до стандартної космологічної теорії, утворення цих ранніх галактик значною мірою визначалося флуктуаціями у просторі, що перебільшують скупчення матерії. Цікаво, що ці нові дані про ранні галактичні маси відображають скупчення матерії, яке менше, ніж пророкують сучасні популярні моделі.

“Наше відкриття все ще не визначене”, – говорить Міятаке. “Але якщо це правда, це передбачає, що вся модель помилкова, коли ви йдете в минуле”.

Перегляд існуючих моделей того, як свіжоспечені елементи об’єдналися, щоб сформувати перші галактики, може виявити прогалини, які можуть пояснити походження темної матерії.

Якими б бляклими не були дитячі фотографії Всесвіту, ясно, що їм все ще є що розповісти про те, як ми з’явилися.

Джерело