Dark Matter е нещо мистерия откакто беше предложено за първи път. Освен че се опитват да намерят някои преки доказателства за неговото съществуване, учените прекарват и последните десетилетия в разработването на теоретични модели, за да обяснят как работи. През последните години популярното схващане е, че Тъмната материя е „студена” и се разпространява на бучки в цялата Вселена, наблюдение, подкрепено от данните на мисията на Планк.
Ново проучване, изготвено от международен екип от изследователи, рисува различна картина. Използвайки данни от проучването за градуса на Кило (KiDS), тези изследователи проучиха как светлината, идваща от милиони далечни галактики, се влияе от гравитационното влияние на материята върху най-голямата скала. Те откриха, че Тъмната материя изглежда се разпределя по-плавно в пространството, отколкото се смяташе досега.
За последните пет години изследването на KiDS използва VLT Survey Telescope (VST) - най-големият телескоп в обсерваторията на Параланалната зона на Сисо в Чили - за изследване на 1500 квадратни градуса от южното небе. Този обем пространство се наблюдава в четири ленти (UV, IR, зелено и червено), като се използват слаби гравитационни лещи и фотометрични червени измествания.
В съответствие с Теорията на общата относителност на Айнщайн, гравитационното обектив включва проучване как гравитационното поле на масивен обект ще огъва светлината. Междувременно червеното изместване се опитва да премери скоростта, с която другите галактики се отдалечават от нашата чрез измерване на степента, в която светлината им се измества към червения край на спектъра (т.е. дължината на вълната му става по-дълга, колкото по-бързо се отдалечава източникът).
Гравитационните лещи са особено полезни, когато става въпрос за определяне как е станала Вселената. Нашият настоящ космологичен модел, известен като модела на Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), заявява, че Dark Energy е отговорна за късното ускорение в разширяването на Вселената и че Dark Matter е съставен от масивни частици, които са отговорни за формиране на космологична структура.
Използвайки малка вариация на тази техника, известна като космическа чиста, изследователският екип проучи светлината от далечни галактики, за да определи как тя е изкривена от наличието на най-големите структури във Вселената (като суперкластери и нишки). Както д-р Хендрик Хилдебранд - астроном от Института за астрономия на Argelander (AIfA) и водещ автор на статията, каза пред Space Magazine по имейл:
„Обикновено човек мисли за една голяма маса като галактически клъстер, която предизвиква това отклонение на светлината. Но има и материя в цялата Вселена. Светлината от далечни галактики непрекъснато се отклонява от тази така наречена мащабна структура. Това води до това, че галактиките, които са близо до небето, са „насочени“ в същата посока. Това е мъничък ефект, но може да се измери със статистически методи от големи проби от галактики. Когато измерваме колко силно галактиките се „насочват“ в същата посока, можем да заключим от това статистическите свойства на едромащабната структура, напр. средната плътност на материята и колко силно материята е струпана / струпвана. “
Използвайки тази техника, изследователският екип извърши анализ на 450 квадратни градуса на KiDS данни, което съответства на около 1% от цялото небе. В рамките на този обем на космоса наблюдаваното как светлината, идваща от около 15 милиона галактики, взаимодейства с цялата материя, която се намира между тях и Земята.
Комбинирайки изключително острите изображения, получени от VST, с усъвършенстван компютърен софтуер, екипът успя да извърши едно от най-прецизните измервания, правени някога от космически срязване. Интересното е, че резултатите не съответстват на резултатите, произведени от мисията на Planck на ESA, която до момента е най-пълният картограф на Вселената.
Мисията на Планк предостави чудесно подробна и точна информация за космическия микровълнов фон (CMB). Това помогна на астрономите да съставят карта на ранната Вселена, както и да развият теории за това как материята е била разпределена през този период. Както обясни Хилдебранд:
„Планк измерва много космологични параметри с изящна точност от температурните колебания на космическия микровълнов фон, т.е. физически процеси, случили се 400 000 години след Големия взрив. Два от тези параметри са средната плътност на материята на Вселената и мярка за това колко силно е сплъстена тази материя. С космическо срязване ние също измерваме тези два параметъра, но много по-късни космически времена (преди няколко милиарда години или ~ 10 милиарда години след Големия взрив), тоест в по-близкото ни минало. "
Хилдебранд и неговият екип обаче намериха стойности за тези параметри, които бяха значително по-ниски от тези, открити от Планк. По принцип техните космически срязващи резултати предполагат, че във Вселената има по-малко материя и че тя е по-малко струпвана от това, което прогнозираха резултатите от Планк. Тези резултати вероятно ще окажат влияние върху космологичните изследвания и теоретичната физика през следващите години.
Както изглежда, Dark Matter остава неоткриваем, използвайки стандартни методи. Подобно на черните дупки, съществуването му може да се заключи само от наблюдаваните гравитационни ефекти, които има върху видимата материя. В този случай присъствието и фундаменталният му характер се измерват от това как е повлияло на еволюцията на Вселената през последните 13,8 милиарда години. Но тъй като резултатите изглеждат противоречиви, астрономите може би ще трябва да преразгледат някои от предишните си схващания.
„Има няколко варианта: тъй като ние не разбираме доминиращите съставки на Вселената (тъмна материя и тъмна енергия), можем да си играем със свойствата и на двете“, каза Хилдебранд. „Например различни форми на тъмна енергия (по-сложна от най-простата възможност, която е„ космологичната константа “на Айнщайн) могат да обяснят нашите измервания. Друга вълнуваща възможност е, че това е знак, че законите на гравитацията в мащаба на Вселената са различни от общата относителност. Всичко, което можем да кажем засега, е, че нещо изглежда не е съвсем правилно! “
