12 milyar yıl önce karanlık madde tarafından çarpıtılmış Big Bang’den gelen radyasyon kalıntısı. Kredi bilgileri: Reiko Matsushita
Bilim adamları, galaksileri çevreleyen karanlık maddenin doğasını 12 milyar yıl önce, milyarlarca yıl daha önce hiç olmadığı kadar gerilerde oldukları gibi araştırdılar. Bulguları, evrenimizin erken tarihini incelerken kozmolojinin temel kurallarının farklılık gösterebileceği konusunda cesaret verici bir olasılık sunuyor. İşbirliği bilim adamları tarafından yönetildi Nagoya Üniversitesi Japonya’da ve bulgular bugün (1 Ağustos) dergide yayınlandı. Fiziksel İnceleme Mektupları.
Çok uzun zaman önce olmuş bir şeyi görmek zor. Işık hızı sonlu olduğu için uzak galaksileri bugün olduğu gibi değil, milyarlarca yıl önce oldukları gibi görüyoruz. Ancak daha da zor olanı, ışık yaymayan karanlık maddeyi gözlemlemek.
“Çılgınca bir fikirdi. Bunu yapabileceğimizi kimse fark etmedi.” – Profesör Masami Ouchi
Birinin karanlık maddesini araştırmak istediği hedef galaksiden bile daha uzakta olan uzak bir kaynak galaksiyi düşünün. Einstein’ın genel görelilik kuramının öngördüğü gibi, karanlık madde de dahil olmak üzere ön plandaki gökadanın yerçekimi kuvveti, çevreleyen uzayı ve zamanı çarpıtır. Kaynak gökadadan gelen ışık, uzay-zamanda bu bozulmadan geçerken bükülür ve gökadanın görünen şeklini değiştirir. Karanlık madde miktarı ne kadar büyük olursa, ortaya çıkan bozulma da o kadar büyük olur. Bu nedenle, gökbilimciler bozulmadan ön plan gökadası (“mercek” gökadası) etrafındaki karanlık madde miktarını ölçebilir.
Ancak belirli bir eşiğin ötesinde bilim adamları bir sorunla karşılaşırlar. Evrenin en derin noktalarındaki galaksiler inanılmaz derecede soluk. Sonuç olarak, Dünya’dan ne kadar uzağa bakarsak, yerçekimi mercekleme tekniği o kadar az etkili olur. Mercekleme distorsiyonu hemen göze çarpmadığından ve çoğu durumda tespit edilmesi zor olduğundan, sinyali tespit etmek için birçok arka plan gökadasına ihtiyaç vardır.
Önceki çalışmaların çoğu aynı sınırlarda kaldı. Bozulmayı ölçmek için yeterince uzak kaynak gökadaları tespit edemedikleri için, yalnızca 8-10 milyar yıldan daha eski olmayan karanlık maddeyi analiz edebildiler. Bu sınırlamalar, karanlık maddenin bu zaman ile 13,7 milyar yıl önce, evrenimizin başlangıcındaki dağılımı sorununu açık bıraktı.
Bu zorlukların üstesinden gelmek ve karanlık maddeyi evrenin en uzak noktalarından gözlemlemek için, Tokyo Üniversitesi, Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi ve Princeton Üniversitesi ile işbirliği içinde Nagoya Üniversitesi’nden Hironao Miyatake liderliğindeki bir araştırma ekibi farklı bir yöntem kullandı. arka plan ışığının kaynağı, Büyük Patlama’nın kendisinden yayılan mikrodalgalar.
İlk olarak, Subaru Hyper Suprime-Cam Anketi’nin (HSC) gözlemlerinden elde edilen verileri kullanan ekip, 12 milyar yıl önce görülmek üzere seçilen, görünür ışık kullanarak 1,5 milyon lensli gökada tanımladı.
Daha sonra, daha uzaktaki galaksi ışığı eksikliğinin üstesinden gelmek için, kozmik mikrodalga arka planından (CMB) gelen mikrodalgalar kullandılar. Büyük patlama. Ekip, Avrupa Uzay Ajansı’nın Planck uydusu tarafından gözlemlenen mikrodalgaları kullanarak, mercek galaksilerinin etrafındaki karanlık maddenin mikrodalgaları nasıl bozduğunu ölçtü.
“Uzak galaksilerin etrafındaki karanlık maddeye bakar mısınız?” gözlemlerin çoğunu yapan Tokyo Üniversitesi’nden Profesör Masami Ouchi’ye sordu. “Çılgınca bir fikirdi. Bunu yapabileceğimizi kimse fark etmedi. Ancak büyük bir uzak galaksi örneği hakkında konuşma yaptıktan sonra Hironao yanıma geldi ve SPK ile bu galaksilerin etrafındaki karanlık maddeye bakmanın mümkün olabileceğini söyledi.”
Tokyo Üniversitesi Kozmik Işın Araştırma Enstitüsü’nden Yardımcı Doçent Yuichi Harikane, “Çoğu araştırmacı, günümüzden sekiz milyar yıl öncesine kadar karanlık madde dağılımını ölçmek için kaynak gökadaları kullanıyor” diye ekledi. “Ancak, karanlık maddeyi ölçmek için daha uzaktaki SPK’yı kullandığımız için geçmişe daha yakından bakabiliriz. İlk kez, evrenin neredeyse ilk anlarından itibaren karanlık maddeyi ölçüyorduk.”
Bir ön analizden sonra, bilim adamları çok geçmeden karanlık maddenin dağılımını tespit etmek için yeterince büyük bir örneğe sahip olduklarını fark ettiler. Büyük uzak galaksi örneğini ve CMB’deki mercek bozulmalarını birleştirerek, 12 milyar yıl öncesinden daha da geriye giden karanlık maddeyi tespit ettiler. Bu, evrenin başlangıcından sadece 1,7 milyar yıl sonradır ve bu nedenle bu galaksiler ilk oluştuktan hemen sonra görülür.
Miyatake, “O döneme yeni bir pencere açtığımız için mutlu oldum” dedi. “12 milyar yıl önce işler çok farklıydı. Şu anda olduğundan daha fazla oluşum sürecinde olan galaksiler görüyorsunuz; ilk galaksi kümeleri de oluşmaya başlıyor.” Galaksi kümeleri, büyük miktarda karanlık madde ile yerçekimi ile bağlı 100-1000 galaksiden oluşur.
Eugene Higgins Astronomi Profesörü, astrofizik bilimleri profesörü Neta Bahcall, “Bu sonuç, galaksilerin ve galaksilerin içindeki ve çevresindeki karanlık maddenin ve bu resmin zamanla nasıl geliştiğinin yanı sıra galaksilerin ve evrimlerinin çok tutarlı bir resmini veriyor” dedi. lisans eğitimi direktörü Princeton Üniversitesi.
Çalışmadan elde edilen en heyecan verici keşiflerden biri, karanlık maddenin kümelenmesiyle ilgiliydi. Standart kozmoloji teorisine göre, Lambda-CDM modeli, CMB’deki ince dalgalanmalar, çevreleyen maddeyi yerçekimi yoluyla çekerek yoğun şekilde paketlenmiş madde havuzları oluşturur. Bu, bu yoğun bölgelerde yıldızları ve galaksileri oluşturan homojen olmayan kümeler oluşturur. Grubun bulguları, topaklık ölçümlerinin Lambda-CDM modeli tarafından tahmin edilenden daha düşük olduğunu gösteriyor.
Miyatake, olasılıklar konusunda hevesli. “Bulgumuz hala belirsiz” dedi. “Fakat bu doğruysa, zamanda geriye gittiğinizde tüm modelin kusurlu olduğunu gösterir. Bu heyecan verici çünkü belirsizlikler azaltıldıktan sonra sonuç devam ederse, karanlık maddenin doğasına dair içgörü sağlayabilecek modelde bir iyileştirme önerebilir.”
Princeton Üniversitesi’nde yardımcı araştırma görevlisi Andrés Plazas Malagón, “Bu noktada, Lambda-CDM modelinin evrende sahip olduğumuz gözlemleri gerçekten açıklayıp açıklayamayacağını görmek için daha iyi veriler elde etmeye çalışacağız” dedi. “Sonuç olarak, bu modele giren varsayımları tekrar gözden geçirmemiz gerekebilir.”
“Bu araştırmada kullanılanlar gibi büyük ölçekli anketler kullanarak evrene bakmanın güçlü yönlerinden biri, güneş sistemimizdeki yakındaki asteroitlerden en uzaklara kadar ortaya çıkan görüntülerde gördüğünüz her şeyi inceleyebilmenizdir. erken evrenden galaksiler. Princeton Üniversitesi Astrofizik Bilimler Bölümü profesörü ve başkanı Michael Strauss, aynı verileri birçok yeni soruyu keşfetmek için kullanabilirsiniz” dedi.
Bu çalışma, Planck ve Subaru dahil olmak üzere mevcut teleskoplardan elde edilen verileri kullandı. Grup, Subaru Hyper Suprime-Cam Anketi verilerinin yalnızca üçte birini inceledi. Bir sonraki adım, karanlık madde dağılımının daha kesin bir ölçümüne izin vermesi gereken tüm veri setini analiz etmek olacaktır. Gelecekte ekip, uzayın daha erken kısımlarını keşfetmek için Vera C. Rubin Gözlemevi’nin Eski Uzay ve Zaman Araştırması (LSST) gibi gelişmiş bir veri seti kullanmayı umuyor. Harikane, “LSST, gökyüzünün yarısını gözlemlememize izin verecek,” dedi. 13 milyar yıl önceki karanlık madde dağılımını göremememiz için hiçbir neden göremiyorum.”
Referans: Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, Masami Ouchi, Yoshiaki Ono, Nanaka Yamamoto, Atsushi J. Nishizawa, Neta Bahcall, Satoshi Miyazaki ve Andrés A. Plazas Malagón, 1 Ağustos 2022, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301