Nowe badania z University of Toronto sugerują, że tak zwany problem aglomeracji, który koncentruje się na nieoczekiwanie równomiernym rozkładzie materii na dużą skalę w całym wszechświecie, może być oznaką, że ciemna materia składa się z hipotetycznych ultralekkich cząstek zwanych aksjonami. .
Kształtując wszechświat, grawitacja buduje przypominającą pajęczynę strukturę włókien, które łączą ze sobą galaktyki i gromady galaktyk wzdłuż niewidzialnych mostów o długości setek milionów lat świetlnych. Jest to znane jako kosmiczna sieć. Źródło obrazu: Springel i in. / Instytut Astrofizyki im. Maxa Plancka.
„Jeśli potwierdzą to przyszłe obserwacje teleskopowe i eksperymenty laboratoryjne, znalezienie osi ciemnej materii będzie jednym z najważniejszych odkryć tego stulecia” – powiedział dr Keir Rogers, astrofizyk z Dunlap Institute of Astronomy and Astrophysics na Uniwersytecie w Toronto.
„Jednocześnie nasze wyniki wskazują na wyjaśnienie, dlaczego Wszechświat jest mniej nierówny, niż myśleliśmy, obserwacja, która stała się coraz bardziej widoczna w ciągu ostatniej dekady i obecnie pozostawia naszą teorię wszechświata niepewną”.
Jedna z wiodących teorii sugeruje, że ciemna materia jest zbudowana z aksjonów, które w mechanice kwantowej opisywane są jako tajemnicze ze względu na ich falowe zachowanie.
W przeciwieństwie do dyskretnych cząstek punktowych, aksjony mogą mieć dłuższe długości fal niż całe galaktyki.
Ta nieostrość wpływa na skład i rozkład ciemnej materii, co może wyjaśniać, dlaczego Wszechświat jest mniej nierówny, niż można by się spodziewać po wszechświecie bez osi.
Ten brak zlepiania zaobserwowano podczas przeglądów dużych galaktyk, podważając inną dominującą teorię, że ciemna materia składa się wyłącznie ze słabo oddziałujących ciężkich cząstek subatomowych zwanych WIMP-y.
Pomimo eksperymentów, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, nie znaleziono żadnych dowodów na istnienie WIMP.
„W nauce, kiedy odkrywa się idee, dokonuje się nowych odkryć i rozwiązuje stare problemy” — powiedział dr Rogers.
Na potrzeby badań dr Rogers i jego współpracownicy przeanalizowali obserwacje światła pozostałego po Wielkim Wybuchu, znane jako kosmiczne mikrofalowe tło (CMB), uzyskane z przeglądów Planck 2018, Atacama Cosmology Telescope i South Pole Telescope.
Porównali te dane CMB z danymi dla gromad galaktyk Spektroskopia oscylacji barionowych (BOSS), który odwzorowuje położenie prawie miliona galaktyk w pobliskim wszechświecie.
Badając rozmieszczenie galaktyk, które odzwierciedla zachowanie ciemnej materii pod wpływem sił grawitacyjnych, zmierzyli fluktuacje ilości materii we wszechświecie i potwierdzili jej niższą masę w porównaniu z przewidywaniami.
Następnie naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe, aby przewidzieć pojawienie się resztek światła i rozmieszczenie galaktyk we wszechświecie z długimi falami ciemnej materii.
Obliczenia te są zgodne z danymi CMB z Wielkiego Wybuchu i danymi dotyczącymi klastrów galaktyk, potwierdzając ideę, że rozmyte osie mogą wyjaśniać problem grupowania.
Przyszłe badania obejmą wielkoskalowe przeglądy w celu zmapowania milionów galaktyk i dostarczenia dokładnych pomiarów tworzenia się klastrów, w tym obserwacje w ciągu następnej dekady za pomocą Obserwatorium Rubina.
Naukowcy mają nadzieję porównać swoją teorię z bezpośrednimi obserwacjami ciemnej materii za pomocą soczewkowania grawitacyjnego, efektu, w którym aglomeracja ciemnej materii jest mierzona poprzez zakrzywienie światła z odległych galaktyk, podobnie jak w przypadku gigantycznego szkła powiększającego.
Planują również zbadać, w jaki sposób galaktyki wyrzucają gaz w przestrzeń kosmiczną i jak wpływa to na rozkład ciemnej materii, aby jeszcze bardziej potwierdzić swoje odkrycia.
Zrozumienie natury ciemnej materii jest jednym z najbardziej palących fundamentalnych pytań i kluczem do zrozumienia pochodzenia i przyszłości wszechświata.
Obecnie naukowcy nie mają jednej teorii, która wyjaśniałaby jednocześnie grawitację i mechanikę kwantową – teorii wszystkiego.
Najpopularniejszą teorią wszystkiego w ciągu ostatnich kilku dekad jest teoria strun, która zakłada inny, niższy poziom poziomu kwantowego, gdzie wszystko składa się ze wzbudzeń energii podobnej do struny.
Według autorów badania odkrycie tajemniczej cząstki osiowej może być wskazówką, że teoria strun wszystkiego jest poprawna.
mówi D. — powiedział Rogers.
„Mamy nadzieję, że zagadkowe elementy wszechświata da się rozwiązać”.
the Stań pojawia się w Journal of Cosmology and Astrophysics.
_____
Ker K. Rogersa i in. 2023. Ultralekkie osie i napięcie S8: wspólne ograniczenia z kosmicznego mikrofalowego tła i grupowania galaktyk. jcap 06:023; doi: 10.1088/1475-7516/2023/06/023
„Całkowity miłośnik kawy. Miłośnik podróży. Muzyczny ninja. Bekonowy kujon. Beeraholik.”
More Stories
Przezroczyste materiały otwierają nowe możliwości dla fotowoltaiki
Wewnątrz „Ważki”, nowej bezzałogowej misji NASA na Tytana
Jak zobaczyć rój meteorów Eta Aquarid w Australii