Темна матерія була чимось загадкою з тих пір, як вона була запропонована. Окрім спроб знайти деякі прямі докази його існування, вчені також витратили останні кілька десятиліть на розробку теоретичних моделей, щоб пояснити, як це працює. В останні роки поширена думка про те, що Темна матерія "холодна", і вона поширюється по всій Всесвіті, спостереження, підтверджене даними місії Планка.
Однак нове дослідження, підготовлене міжнародною командою дослідників, малює іншу картину. Використовуючи дані опитування ступеня Кіло (KiDS), ці дослідники вивчали, як на світло, що потрапляє з мільйонів далеких галактик, впливає гравітаційний вплив речовини на найбільші масштаби. Вони виявили, що Темна матерія виглядає більш плавно розподіленою по простору, ніж вважалося раніше.
Протягом останніх п’яти років опитування KiDS використовувало опитувальний телескоп VLT (VST) - найбільший телескоп в обсерваторії Паралонського району ESO в Чилі - для обстеження 1500 квадратних градусів південного нічного неба. Цей обсяг простору відстежували у чотирьох діапазонах (УФ, ІЧ, зелений та червоний), використовуючи слабкі гравітаційні лінзи та фотометричні вимірювання червоного зміщення.
Відповідно до теорії загальної відносності Ейнштейна, гравітаційне лінзування передбачає вивчення того, як гравітаційне поле масивного предмета буде вигинати світло. Тим часом червоний зсув намагається оцінити швидкість, з якою інші галактики віддаляються від нашої шляхом вимірювання того, наскільки їх світло зміщується до червоного кінця спектра (тобто його довжина хвилі стає довшою, чим швидше відходить джерело).
Гравітаційне лінзування особливо корисне, коли йдеться про визначення того, яким був Всесвіт. Наша сучасна космологічна модель, відома як модель «Ламбда-холодна темна матерія» (Lambda CDM), стверджує, що Темна енергія відповідає за пізнє прискорення розширення Всесвіту, і що Темна матерія складається з масивних частинок, які відповідають для формування космологічної структури.
Використовуючи незначну варіацію цієї методики, відомої як космічна рівномірність, дослідницька група вивчала світло з далеких галактик, щоб визначити, як воно викривлене наявністю найбільших структур у Всесвіті (таких як суперкластери і нитки). Як розповів доктор Хендрік Хільдебрандт - астроном з Інституту астрономії Аргеленда (AIfA) та головний автор статті, повідомив Space Magazine електронною поштою:
«Зазвичай людина думає про одну велику масу, як кластер галактик, який викликає цей відхилення світла. Але також є матерія у всьому Всесвіті. Світло від далеких галактик постійно відхиляється завдяки цій так званій масштабній структурі. Це призводить до того, що галактики, які знаходяться близько до неба, повинні бути «спрямовані» в тому ж напрямку. Це крихітний ефект, але його можна виміряти статистичними методами з великих зразків галактик. Коли ми виміряли, наскільки сильно галактики «вказують» у тому ж напрямку, ми можемо зробити висновок з цього статистичних властивостей великомасштабної структури, наприклад середня щільність речовини та наскільки сильно скупчена / згрупована матерія ».
За допомогою цієї методики дослідницька група провела аналіз 450 квадратних градусів даних KiDS, що відповідає приблизно 1% усього неба. У межах цього об’єму простору спостерігали, як світло, що виходить від близько 15 мільйонів галактик, взаємодіяв з усією речовиною, що лежить між ними та Землею.
Поєднуючи надзвичайно чіткі зображення, отримані VST, із сучасним комп’ютерним програмним забезпеченням, команда змогла провести одне з найточніших вимірювань, котрі колись робили космічні зсуви. Цікаво, що результати не узгоджувались з результатами місії Планка ЄКА, яка на сьогодні була найповнішим картографом Всесвіту.
Місія Планка надала дивовижно детальну та точну інформацію про космічний мікрохвильовий фон (CMB). Це допомогло астрономам скласти карту раннього Всесвіту, а також розробити теорії розподілу речовини в цей період. Як пояснив Гільдебрандт:
«Планк вимірює багато космологічних параметрів з вишуканою точністю від температурних коливань космічного мікрохвильового фону, тобто фізичних процесів, що відбулися через 400 000 років після Великого вибуху. Два з цих параметрів - середня щільність речовини Всесвіту і міра того, наскільки сильно збивається ця речовина. За допомогою космічного зсуву ми також вимірюємо ці два параметри, але набагато пізніші космічні часи (кілька мільярдів років тому або ~ 10 мільярдів років після Великого вибуху), тобто в нашому недавньому минулому ».
Однак Гільдебрандт та його команда знайшли значення для цих параметрів, які були значно нижчими за показники, встановлені Планком. В основному, їхні космічні результати зсуву говорять про те, що у Всесвіті менше речовини і що вона менш скупчена, ніж те, що прогнозували результати Планка. Ці результати, ймовірно, матимуть вплив на космологічні дослідження та теоретичну фізику в найближчі роки.
На сьогоднішній день Темна матерія залишається невизначною, використовуючи стандартні методи. Як і у чорних дірах, про його існування можна зробити висновок лише від спостережуваних гравітаційних впливів, які він надає на видиму речовину. У цьому випадку його присутність та фундаментальний характер вимірюються тим, як це вплинуло на еволюцію Всесвіту протягом останніх 13,8 мільярдів років. Але оскільки результати здаються суперечливими, тепер астрономам, можливо, доведеться переглянути деякі свої попередні уявлення.
"Існує кілька варіантів: оскільки ми не розуміємо домінуючих інгредієнтів Всесвіту (темна речовина і темна енергія), ми можемо грати з властивостями обох", - сказав Гільдебрандт. "Наприклад, різні форми темної енергії (складніші за найпростішу можливість, яка є" космологічною постійною Ейнштейна ") можуть пояснити наші вимірювання. Ще одна захоплююча можливість полягає в тому, що це знак того, що закони тяжіння за шкалою Всесвіту відрізняються від загальної відносності. На сьогодні ми можемо сказати лише те, що щось здається не зовсім правильним! "
