Плохая астрономия | Обнаружена темная материя 12 миллиардов лет назад

Мы знаем, что темная материя существует — таинственная субстанция, которая по массе в пять раз больше распространенной во Вселенной, чем то, что мы считаем «нормальной» материей, из которой сделаны вы, я и все, что мы видим. Мы видим его эффекты через его гравитацию, хотя мы еще не знаем, из чего он сделан. Темная материя влияет на то, как вращаются галактики и как они движутся в гигантских скоплениях галактик.

Мы также видим его эффекты с помощью гравитационного линзирования. У массы есть гравитация, которая искажает пространство. Если мы посмотрим мимо какого-нибудь массивного объекта, такого как галактика, на еще более далекую галактику за его пределами, масса галактики на переднем плане искажает пространство, искажая изображение галактики на заднем плане. Эта более далекая галактика может выглядеть смазанной, изогнутой или даже продублированной в несколько изображений. Гравитация галактики на переднем плане действует как линза, отсюда и название.

Мы можем измерить свет, исходящий от линзирующей галактики, и таким образом измерить массу ее обычного вещества. Затем мы можем измерить, насколько сильно он искажает более удаленные объекты, и получить его общую массу. Разница в том, сколько темной материи она содержит. Этот метод работал с большим успехом в последние годы.

Но есть проблема. На некотором расстоянии от Земли отдельные галактики слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть, поэтому нам не хватает фоновых галактик для использования. Это неудобно! Мы хотим видеть как можно дальше, потому что чем дальше мы смотрим, тем дальше назад во времени мы видим; скорость света конечна, а это значит, что чем дальше мы видим объект, тем больше времени потребовалось его свету, чтобы добраться сюда. Так что, в свою очередь, чем дальше объект, тем моложе мы его видим.

Мы хотим знать, как распределялась темная материя, когда Вселенная была очень молода, потому что мы думаем, что темная материя образовалась в комки вскоре после Большого взрыва, и при этом она притянула обычную материю к этим комкам, которые затем сформировали галактики. Зная, какой была темная материя в то время, мы можем лучше понять, как формировались галактики. Не только это, но и самим галактикам требуется время, чтобы собраться вместе, чтобы сформировать скопления галактик, крупнейшие структуры во Вселенной. Они настолько велики, что форму, размер и другие характеристики самой Вселенной можно определить, исследуя скопления.

Так как же нам это сделать, если у нас нет очень далеких галактик для изучения? Команда астрономов придумала способ: не использовать галактики с линзами для измерения темной материи. Вместо этого используйте фоновое свечение Большого взрыва.

Момент рождения Вселенной был горячим. По мере расширения космоса этот огненный шар охлаждался. В конце концов он стал большим и достаточно разреженным, чтобы сквозь него мог проходить свет, и стал прозрачным. Это произошло через несколько сотен тысяч лет после взрыва, и космическое расширение сместило это свечение в красную сторону в микроволновую часть спектра, называемую космическим микроволновым фоновым излучением. Это свечение было очень ровным, очень одинаковым, куда бы вы ни посмотрели в небо. Но гравитационное линзирование далекими галактиками исказит эту гладкость, сделав ее немного комковатой.

Поэтому астрономы использовали данные со спутника Planck Европейского космического агентства, который измерил это свечение с высокой точностью, и сопоставили его с обзором очень далеких галактик, наблюдаемых телескопом Subaru в рамках программы стратегических исследований Hyper Suprime-Cam, которая нанесла на карту много галактик на ошеломляющих 300 квадратных градусах неба — в 1500 раз больше площади полной Луны! В конце концов астрономы рассмотрели гравитационное линзирование около 1 473 106 галактик (!!), расстояние до которых можно было надежно измерить. [link to paper]. В среднем свет от этих галактик доходил до нас за 12 миллиардов лет, поэтому мы видим их такими, какими они были примерно через 1,8 миллиарда лет после рождения Вселенной — гораздо дальше, чем любая гравитационная линза, использовавшаяся ранее.

Они смогли определить массы этих галактик по тому, насколько они линзируют космический фон, и обнаружили, что в среднем у них есть ореолы темной материи с массой примерно в 300 миллиардов раз больше массы Солнца. Это на самом деле гораздо менее массивно, чем наш собственный Млечный Путь, который имеет около 700 миллиардов солнечных масс. Но затем мы видим эти далекие галактики такими, какими они были в молодости, прежде чем они смогли вырасти до таких размеров, как наша собственная галактика.

Они тоже нашли кое-что очень интересное. Космическое фоновое излучение не идеально гладкое; он немного комковатый, что представляет небольшую комковатость в распределении материи в очень ранней Вселенной. Эти сгустки коллапсировали, образуя первые звезды и галактики. Стандартная модель темной материи предсказывает некоторую комковатость, но новые измерения получают немного меньшее значение. Это близко, но не совсем то же самое, что намекает на то, что во Вселенной может происходить больше, чем мы думаем.

Хотя это очень условно! Новые измерения имеют значительную степень неопределенности, поэтому трудно сказать, реальны ли расхождения или нет. Хорошей новостью является то, что большой обзор неба Subaru еще не сделан, но когда он будет завершен, он охватит в три раза больше неба, чем было использовано в этом исследовании. Это означает, что они должны быть в состоянии немного снизить неопределенность. Кроме того, в ближайшие годы будут улучшены измерения микроволнового фонового излучения, что тоже поможет.

Все это все еще довольно ново; первому надежному измерению фонового излучения всего несколько десятилетий, а использование метода гравитационного линзирования для определения масс галактик существует всего пару десятилетий. Этот новый метод является еще одним шагом в выяснении всего этого. Наука никогда не делается по-настоящему; мы продолжаем уточнять его до тех пор, пока не получим понимание, которое соответствует наблюдениям и имеет теоретический смысл. Даже тогда это не закончено! Возможно, еще многое предстоит выяснить, чтобы улучшить измерения.

Вот где мы здесь: все еще в середине этого рецепта, пытаясь записать основные ингредиенты и методы, которые использовались для приготовления Вселенной. Круто то, что мы делаем успехи. И мы продолжим лучше понимать, как появился космос.

Пришелец-резидент Сезон 2B

Это фанатская вещь

Присоединяйтесь к SYFY Insider, чтобы получить доступ к эксклюзивным видео и интервью, последним новостям, лотереям и многому другому!

Бесплатно зарегестрироваться

Leave a Comment