Tajemnicza ciemna materia rozciągnięta w przestrzeni jak nigdy dotąd: ScienceAlert

Zakrzywienie czasoprzestrzeni wokół masywnej masy doprowadziło do najbardziej szczegółowych jak dotąd pomiarów kosmicznego rozkładu ciemnej materii.

Za pomocą soczewkowania grawitacyjnego zespół kierowany przez kosmologa Kaiki Taro Inoue z Uniwersytetu Kindai w Japonii sporządził mapę tajemniczej formy materii w najmniejszej skali, jaką kiedykolwiek widzieliśmy, z rozdzielczością zaledwie 30 000 lat świetlnych.

Może się to wydawać wielką sprawą, ale biorąc pod uwagę, że Droga Mleczna istnieje Ma średnicę 100 000 lat świetlnych, robi jeszcze większe wrażenie. Naukowcom udało się zmapować coś, czego nie możemy nawet zobaczyć w skali mniejszej niż jedna trzecia wielkości naszej galaktyki, na przestrzeni ponad 7,5 miliarda lat świetlnych. To jest niesamowite.

Analizę oparto na przypadkowym ułożeniu obiektów kosmicznych, znanym jako soczewkowanie grawitacyjne. Czasoprzestrzeń zakrzywia się wokół masywnych obiektów w sposób przypominający trampolinę klikającą pod ciałem, gdy na niej siedzisz. Jeśli toczysz kulki na macie trampoliny, nie będą one poruszać się po linii prostej, ale po linii zakrzywionej, ponieważ podążają za okrągłą powierzchnią.

Coś podobnego dzieje się ze światłem przepływającym przez przestrzeń, gdy napotyka czasoprzestrzeń zakrzywioną wokół masywnego obiektu, takiego jak galaktyka lub gromada galaktyk. Tak więc, jeśli na przykład za jednym z tych obiektów znajdowałaby się odległa galaktyka, światło z bardziej odległej galaktyki uległoby zniekształceniu i wzmocnieniu podczas podróży przez zakrzywioną czasoprzestrzeń.

Jest to ważne między innymi dlatego, że naukowcy mogą badać te odległe galaktyki znacznie bardziej szczegółowo niż miałoby to miejsce bez obiektywu. Jednak sposób, w jaki światło jest zniekształcone i rozmazane, może ujawnić rozkład grawitacji w przedniej soczewce.

Jak się okazuje, jest to doskonały sposób na odkrycie, gdzie kryje się ciemna materia. Nie wiemy, czym jest ciemna materia; Nie emituje żadnego światła, więc nie możemy go wykryć bezpośrednio. Wiemy jednak, że we wszechświecie istnieje niewidzialna masa, która powoduje nadmierną grawitację. Możemy wykryć skutki tej grawitacji i w ten sposób wyśledzić, gdzie leży masa.

To wciąż nie mówi nam, czym jest ciemna materia, ale wiedza, gdzie ona się znajduje, może pomóc nam zrozumieć, jak działa. W przypadku soczewkowania grawitacyjnego, po odjęciu całej normalnej materii (tj. galaktyk) od rozkładu masy odkodowanego na podstawie zniekształconego światła obiektu tła, pozostaje ciemna materia.

To właśnie Inoue i jego współpracownicy zrobili z galaktyką soczewkowaną grawitacyjnie o nazwie MG J0414+0534, która jest tak odległa, że ​​jej światło potrzebuje około 11,3 miliarda lat, aby dotrzeć do nas. Nieco bliżej galaktyka z soczewką na pierwszym planie zniekształciła światło i podzieliła je na cztery obrazy.

Położenie tych podzielonych obrazów nie jest w pełni wyjaśnione przez efekt soczewkowania widocznych części galaktyki na pierwszym planie. Wykorzystując zatem potężną matrycę Atacama Large Millimeter/submilimeter Array i nową technikę analizy, badacze odjęli wpływ widocznych części galaktyki soczewkowej na zniekształcone światło z MG J0414+0534, aby uzyskać bardziej szczegółową mapę soczewkującej ciemnej materii. .

Powstała w ten sposób mapa potwierdza teorię, że w galaktykach i przestrzeniach między nimi znajduje się wiele skupisk ciemnej materii, zgodnie z przewidywaniami teorii zimnej ciemnej materii. Potwierdza to po raz pierwszy, że teoria ta pozostaje spójna w mniejszej skali galaktyk.

Naukowcy twierdzą, że stanowi to nowe, potężne narzędzie pomagające w zrozumieniu ciemnej materii. Brak możliwości określenia ich rozmieszczenia w skalach mniejszych niż galaktyki utrudnia wysiłki mające na celu ograniczenie ich właściwości. Możliwość tego pomoże naukowcom zawęzić opcje dotyczące tożsamości tajemniczej, wszechobecnej masy.

Badanie zostało opublikowane w Dziennik astrofizyczny.