Cercetătorii au făcut o descoperire fascinantă: schimbă modul în care funcționează fizica

Cercetătorii au făcut o descoperire fascinantă: schimbă modul în care funcționează fizica

Oamenii de știință au descoperit materie întunecată în jurul galaxiilor care au existat în urmă cu aproximativ 12 miliarde de ani, cea mai timpurie detectare până acum a acestei substanțe misterioase care domină universul.

Descoperirile, realizate printr-o colaborare condusă de cercetători de la Universitatea Nagoya din Japonia, sugerează că materia întunecată din universul timpuriu este mai puțin „îngrămădită” decât prezic multe modele cosmologice actuale. Dacă cercetările suplimentare confirmă această teorie, ar putea schimba înțelegerea oamenilor de știință cu privire la modul în care evoluează galaxiile și ar putea sugera că regulile fundamentale care guvernează cosmosul ar fi putut fi diferite atunci când universul vechi de 13,7 miliarde de ani avea doar 1,7 miliarde de ani.

„Uitatul la materia întunecată din jurul galaxiilor îndepărtate? A fost o idee nebună. Nimeni nu și-a dat seama că putem face asta”, a spus profesorul de la Universitatea din Tokyo, Masami Ouchi, într-un comunicat. „Dar după ce am ținut o prelegere despre un eșantion mare de galaxie îndepărtată, Hironao a venit la mine și a spus că ar putea fi posibil să privim materia întunecată din jurul acestor galaxii cu ajutorul CMB”.

Deoarece lumina necesită un timp finit pentru a călători de la obiecte îndepărtate pe Pământ, astronomii văd alte galaxii așa cum existau când lumina observată le-a părăsit. Cu cât o galaxie este mai îndepărtată, cu atât lumina a călătorit mai mult până la noi și, astfel, le vedem mai înapoi în timp, așa că vedem cele mai îndepărtate galaxii așa cum erau acum miliarde de ani, în universul infantil.

Observarea materiei întunecate este și mai dificilă. Materia întunecată este substanța misterioasă care reprezintă aproximativ 85% din masa totală a universului. Nu interacționează cu materia și lumina ca materia de zi cu zi formată din protoni și neutroni.

space

Detectarea materiei întunecate „timpurii”

Pentru a „vedea” materia întunecată, astronomii trebuie să se bazeze pe interacțiunea acesteia cu gravitația.

Conform teoriei relativității a lui Einstein, obiectele cu o masă uriașă provoacă curbura spațiu-timpului. O analogie comună este o foaie de cauciuc elastică care conține bile de masă în creștere. Cu cât masa este mai mare, cu atât este mai mare „pătuțul” pe care îl provoacă în foaie. De asemenea, cu cât obiectul cosmic este mai mare, cu atât deformarea spațiu-timpului este mai extremă.

Pentru a studia distribuția materiei întunecate într-o galaxie, astronomii pot observa cum se modifică lumina dintr-o sursă din spatele acelei galaxii pe măsură ce trece prin „galaxia lentilei”. Cu cât o galaxie lentilă conține mai multă materie întunecată, cu atât este mai mare distorsiunea luminii care o trece.

Dar CMB oferă o sursă de lumină mai veche decât orice galaxie. CMB este o radiație omniprezentă care a fost creată atunci când universul s-a răcit suficient pentru a permite atomilor să se formeze, reducând numărul de electroni liberi care împrăștie fotoni într-un moment pe care cosmologii îl numesc „ultima împrăștiere”. Reducerea electronilor liberi a permis fotonilor să călătorească liber, ceea ce înseamnă că universul a încetat brusc să fie opac și a devenit transparent la lumină.

Și la fel ca lumina din alte surse îndepărtate, CMB poate fi distorsionat de galaxiile cu materie întunecată din cauza lentilelor gravitaționale.

„Majoritatea cercetătorilor folosesc galaxiile sursă pentru a măsura distribuția materiei întunecate din prezent până în urmă cu 8 miliarde de ani”, a spus profesorul asistent de la Universitatea din Tokyo, Yuichi Harikane, în declarație. „Cu toate acestea, am putea privi mai departe în trecut, deoarece am folosit CMB mai îndepărtat pentru a măsura materia întunecată”.

Echipa a combinat distorsiunile lentilelor unui eșantion mare de galaxii antice cu cele ale CMB pentru a detecta materia întunecată care datează de când universul avea doar 1,7 miliarde de ani. Și această materie întunecată străveche pictează o imagine cosmică foarte diferită.

„Pentru prima dată, am măsurat materia întunecată din aproape cele mai timpurii momente ale universului”, a spus Harikane. „Acum 12 miliarde de ani, lucrurile erau foarte diferite. Vedeți mai multe galaxii care sunt în proces de formare decât în ​​prezent; primele grupuri de galaxii încep să se formeze, de asemenea”.

„Descoperirea noastră este încă incertă”

„Descoperirea noastră este încă incertă”, a spus Harikane. „Dar dacă este adevărat, ar sugera că întregul model este viciat pe măsură ce mergi mai departe în timp. Acest lucru este incitant deoarece, dacă rezultatul se menține după ce incertitudinile sunt reduse, ar putea sugera o îmbunătățire a modelului care ar putea oferi o perspectivă în natura materiei întunecate însăși”.

Echipa va continua să colecteze date pentru a evalua dacă modelul Lambda-CDM este conform cu observațiile materiei întunecate din universul timpuriu sau dacă ipotezele din spatele modelului trebuie revizuite.

Datele folosite de echipă pentru a ajunge la concluziile lor provin din Subaru Hyper Suprime-Cam Survey, care analizează datele de la un telescop din Hawaii. Dar cercetătorii au folosit până acum doar o treime din aceste date, ceea ce înseamnă că o hartă mai bună a distribuției materiei întunecate ar putea fi disponibilă pe măsură ce restul observațiilor sunt încorporate.

Echipa așteaptă, de asemenea, cu nerăbdare datele din Legacy Survey of Space and Time (LSST) al Observatorului Vera C. Rubin, care ar putea permite cercetătorilor să privească materia întunecată și mai departe în timp.

„LSST ne va permite să observăm jumătate din cer”, a spus Harikane. „Nu văd niciun motiv pentru care să nu putem vedea distribuția materiei întunecate în urmă cu 13 miliarde de ani.”

Cercetarea echipei a fost publicată la 1 august în revista Physical Review Letters.