Wetenschappers hebben donkere materie ontdekt rond sterrenstelsels die ongeveer 12 miljard jaar geleden bestonden, de eerste ontdekking tot nu toe van deze mysterieuze materie die het universum domineert.
De bevindingen, bereikt door een samenwerking onder leiding van onderzoekers van de Japanse Nagoya University, suggereren dat: donkere materie Het vroege heelal is minder “klonterig” dan veel huidige kosmologische modellen voorspellen. Als meer werk deze theorie bevestigt, zou dit het begrip van wetenschappers over hoe sterrenstelsels zijn geëvolueerd kunnen veranderen en zou het kunnen suggereren dat de basisregels voor het universum anders hadden kunnen zijn toen het 13,7 miljard jaar oud was. Universum Het was slechts 1,7 miljard jaar oud.
De sleutel tot het in kaart brengen van donkere materie in het vroege heelal is: kosmische magnetron achtergrond (CMB), een soort fossiele straling die is overgebleven van de oerknal die door het hele universum is verspreid.
Masami Oshi is een professor aan de Universiteit van Tokyo Hij zei in een verklaring. “Maar nadat ik een lezing had gegeven over een groot, ver verwijderd sterrenstelsel, kwam Hironao naar me toe en zei dat het misschien mogelijk zou zijn om met de CMB naar de donkere materie rond deze sterrenstelsels te kijken.”
Omdat licht een eindige hoeveelheid tijd nodig heeft om van verre objecten naar een land, zien astronomen andere sterrenstelsels zoals ze bestonden toen het waargenomen licht ze verliet. Hoe verder weg een melkwegstelsel is, hoe langer het licht naar ons toe reist, en dus hoe verder we in de tijd zien, zodat we de verste melkwegstelsels zien zoals ze miljarden jaren geleden waren, in het baby-universum.
Zelfs het observeren van donkere materie is nog moeilijker. Donkere materie is de mysterieuze substantie die ongeveer 85% van de totale massa van het universum uitmaakt. Het heeft geen interactie met materie en licht zoals de alledaagse materie gemaakt van protonen en neutronen die sterren, planeten en ons vullen.
Vroege detectie van donkere materie
Om donkere materie überhaupt te kunnen ‘zien’, moeten astronomen vertrouwen op de interactie met de zwaartekracht.
volgens Einsteins relativiteitstheorie, Objecten met een enorme massa veroorzaken de kromming van de ruimtetijd. Een veel voorkomende analogie is een uitzetbaar rubberen vel dat ballen met toenemende massa bevat. Hoe hoger de massa, hoe meer “buiging” het veroorzaakt in de plaat. Evenzo, hoe groter het kosmische object, hoe groter de vervorming van de ruimtetijd die het veroorzaakt.
Massieve objecten zoals sterrenstelsels zorgen ervoor dat de ruimte-tijd zo sterk buigt dat licht van bronnen achter het sterrenstelsel wordt afgebogen, net zoals het pad van knikkers die door het uitgerekte rubberen vel rollen, wordt afgebogen. Dit effect verandert de locatie van de lichtbron aan de hemel, een fenomeen dat zwaartekrachtlens wordt genoemd.
De verdeling van donkere materie in A . bestuderen heelalkunnen astronomen waarnemen hoe het licht van een bron achter dat melkwegstelsel verandert als het door het lensstelsel gaat. Hoe meer donkere materie er in een lensstelsel zit, hoe meer het licht dat er doorheen gaat vervormd is.
Maar deze technologie heeft zijn grenzen.
Omdat de eerste en verder verwijderde sterrenstelsels erg zwak zijn, terwijl astronomen dieper in het heelal kijken en teruggaan in de tijd, wordt het lenseffect subtieler en moeilijker te zien, en hebben wetenschappers veel achtergrondbronnen en veel vroege sterrenstelsels nodig om spot de lens met donkere materie. Dit probleem heeft het in kaart brengen van de verdeling van donkere materie over sterrenstelsels tussen 8 en 10 miljard jaar oud beperkt.
Maar de CMB biedt een oudere lichtbron dan welk sterrenstelsel dan ook. CMB-straling is alomtegenwoordige straling die ontstond toen het universum voldoende afkoelde om atomen te laten vormen, waardoor het aantal vrije elektronen dat voor een foton wordt verstrooid, wordt verminderd op een moment dat kosmologen de ‘laatste verstrooiing’ noemen. Maakt reductie van vrije elektronen mogelijk Fotonen Vrij reizen, wat betekent dat het universum plotseling niet meer ondoorzichtig was en transparant werd voor licht.
En net als licht van andere verre bronnen, kan de CMB worden vervormd door donkere-materiestelsels als gevolg van zwaartekrachtlensvorming.
“De meeste onderzoekers gebruiken bronstelsels om de verdeling van donkere materie van het heden tot 8 miljard jaar geleden te meten”, zei universitair hoofddocent Yuichi Harikan van de Universiteit van Tokyo in de verklaring. “We kunnen echter verder terugkijken omdat we de verste CMB hebben gebruikt om donkere materie te meten.”
Het team combineerde lensvervormingen van een groot aantal oude sterrenstelsels met die van de CMB om donkere materie te ontdekken die dateert uit een tijd dat het universum slechts 1,7 miljard jaar oud was. Deze oude donkere materie schetst een heel ander kosmisch beeld.
“Voor de eerste keer hebben we donkere materie gemeten vanaf ongeveer de allereerste momenten van het universum,” zei Harrikan. “12 miljard jaar geleden waren de dingen heel anders. Je ziet meer sterrenstelsels die zich vormen dan nu; de eerste clusters van sterrenstelsels beginnen zich ook te vormen.”
Deze clusters kunnen bestaan uit 100 tot 1000 sterrenstelsels die door de zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden door grote hoeveelheden donkere materie.
Is donkere materie klonterig?
Een van de belangrijkste aspecten van de bevindingen van het team is de mogelijkheid dat donkere materie in het vroege heelal minder klonterig was dan veel huidige modellen suggereren.
Het algemeen aanvaarde Lambda-CDM-model suggereert bijvoorbeeld dat kleine fluctuaties in de CMB-straling de zwaartekracht hadden moeten veroorzaken om opeengepakte zakken materie te creëren. Deze fluctuaties zorgen er uiteindelijk voor dat materie instort om sterrenstelsels, sterren en planeten te vormen, en zou ook moeten leiden tot dichte zakken donkere materie.
“Wat we hebben gevonden is nog steeds onzeker,” zei Harrikan. “Maar als het waar is, zou het erop wijzen dat het hele model gebrekkig is als je teruggaat in de tijd. Dit is opwindend, want als het resultaat aanhoudt nadat de onzekerheden zijn verminderd, kan dit wijzen op een verbetering van het model die inzicht kan geven in de aard van donkere materie zelf.”
Het team zal doorgaan met het verzamelen van gegevens om te beoordelen of het Lambda-CDM-model consistent is met waarnemingen van donkere materie in het vroege heelal of dat de aannames achter het model moeten worden herzien.
De gegevens die het team gebruikte om tot hun bevindingen te komen, zijn afkomstig van het Subaru Hyper Suprime-Cam-onderzoek, dat gegevens van een telescoop op Hawaï analyseert. Maar de onderzoekers hebben tot nu toe slechts een derde van deze gegevens gebruikt, wat betekent dat er een betere verspreidingskaart van donkere materie beschikbaar zou kunnen zijn waar de rest van de waarnemingen worden gecombineerd.
Het team bekijkt ook gegevens van Vera C Robin ObservatoriumSurveying Space-Time Inheritance (LSST), waarmee onderzoekers terug in de tijd naar donkere materie kunnen kijken.
“Met LSST kunnen we de helft van de lucht zien”, zei Harrikan. “Ik zie geen reden waarom we de verspreiding van donkere materie 13 miljard jaar geleden niet konden zien.”
Het onderzoek van het team werd op 1 augustus gepubliceerd in het tijdschrift fysieke beoordelingsberichten.
Volg ons op Twitter @Spacedotcom en verder Facebook.
“Reizende ninja. Onruststoker. Spekonderzoeker. Expert in extreme alcohol. Verdediger van zombies.”
More Stories
Studie: Reusachtige prehistorische zalmen hadden hoektanden ter verdediging
AHS bevestigt geval van mazelen in Edmonton
Het door ORNL ondersteunde onderzoeksteam gebruikt kwantumcomputers om echte vooruitgang te boeken in de kwantumsimulatie