23 мая 2023 690

Новая карта темной материи подтверждает теорию гравитации Эйнштейна

Ученые, используя данные космологического телескопа Атакама в Чили, составили подробную карту распределения темной материи по четверти неба.

Карта показывает регионы, в которых распределение массы простирается практически настолько далеко, насколько мы можем видеть, при этом, фактически, мы будем получать информацию о прошлом нашей вселенной. Новый метод использует космический микроволновый фон в качестве основы для создания портрета темной материи. Исследование команды будет представлено на конференции Future Science with CMB x LSS в Японии.

Мы нанесли на карту теоретическое расположение темной материю на небе на самых больших расстояниях и ясно видим особенности этого невидимого мира, которые простираются на сотни миллионов световых лет в поперечнике. Это выглядит именно так, как предсказывают наши теории

— Блейк Шервин, космолог из Кембриджского университета.

Темная материя — это универсальный термин для вещества, составляющего около 27% Вселенной, но не наблюдаемого напрямую. Мы знаем, что она там, чем бы она ни была, только из-за ее гравитационных эффектов.

Ученые исследуют темную материю с помощью двух основных подходов: наземных экспериментов и масштабных наблюдений за космосом. Существует множество экспериментов, которые имели конечной целью идентифицировать и определить нечто конкретное как темную материю. Среди множества предполагаемых кандидатов такую роль оказались аксионы и слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP).

Но единственный на данный момент общепринятый в научном сообществе способ наблюдения темной материи — это косвенная регистрация ее гравитационных эффектов в больших масштабах. К примеру, телескоп Атакамы на основе схожего метода, предоставил нам более точные данные для определения более точного возраста вселенной в 2021 году.

Актуальная теория основана на информации о карте материи Вселенной, опубликованной ранее в этом году, которая была составлена благодаря синтезу данных исследования темной энергии и астрономических наблюдений на Южном полюсе. Эта карта подтвердила предыдущие оценки отношения обычной материи к темной материи и обнаружила, что распределение материи было менее плотным, чем считалось ранее.

Новая карта отражает давнюю проблему общей теории относительности Эйнштейна: как самые массивные объекты во Вселенной, такие как сверхмассивные черные дыры, искажают свет от более удаленных источников. Одним из таких источников является космический микроволновый фон, самый древний обнаруживаемый свет, который доходит до нас еще со времен Большого взрыва.

Исследователи эффективно использовали фон в качестве подсветки, чтобы осветить области с большей плотностью во Вселенной.

Это в чем то похоже на создание силуэта, но вместо того, чтобы просто образовать черный силуэт, мы видим текстуру и информацию об уровне плотности темной материи, как если бы свет проходил через тканевый занавес, на котором было много узлов и неровностей.

Знаменитое сине-желтое изображение реликтового излучения — это снимок того, какой была Вселенная в одну эпоху, около 13 миллиардов лет назад, что предоставляет нам информацию обо всех этапах, которые она прошла с тех пор

—Сюзанна Стэггс, физик, директор Атакамского космологического телескопа.

Недавний анализ показывает, что темная материя была достаточно плотной, чтобы соответствовать стандартной космологической модели, основанной на теории гравитации Эйнштейна.

Эрик Бакстер, астроном из Гавайского университета и соавтор исследования, результатом которого стала февральская карта темной материи, также сообщил, что карта его команды чувствительна к малым красным смещениям (то есть регистрируемым рядом, в более поздней вселенной). С другой стороны, новая карта фокусируется исключительно на линзировании космического микроволнового фона, что означает также расширенный масштаб возможных наблюдений.

Иными словами, наши измерения и новые измерения ACT исследуют несколько разные (и взаимодополняющие) аспекты распределения материи. Таким образом, вместо того, чтобы противоречить нашим предыдущим результатам, новые результаты могут предоставить новую важную часть головоломки о возможных расхождениях с нашей стандартной космологической моделью.

— Эрик Бакстер.

Новые подходы к изучению должны помочь выявить принципы распределения материи во Вселенной. Согласно сообщению Принстона, новый телескоп в обсерватории Саймонса в Атакаме начнет работу в 2024 году и будет отображать небо почти в 10 раз быстрее, чем существующий космологический телескоп Атакамы.

Самая большая из когда-либо созданных цифровых камер будет установлена в обсерватории Веры Рубин, также в Атакаме, и это может ознаменовать время новых открытий для наземных обсерваторий.