Ученые рассмотрели самую раннюю темную материю, когда-либо наблюдавшуюся во Вселенной

Раскрыто распределение темной материи вокруг галактик 12 миллиардов лет назад — дальше всего во времени, чем когда-либо; что не совсем согласуется с моделью Лямбда-CDM.

Об этом говорится в пресс-релизе на сайте Американской ассоциации содействия развитию науки, передают OstanniPodii.com.

Увидеть кое-что, что произошло так давно, очень сложно. Через конечную скорость света мы видим далекие галактики не такими, какими они являются сегодня, а такими, какими они были миллиарды лет назад. Но еще сложнее наблюдать за темной материей, не излучающей свет.

Рассмотрим далекую галактику-источник, даже более отдаленную, чем галактика, темную материю которой мы хотим исследовать. Гравитационное тяготение галактики переднего плана, включая ее темную материю, искажает окружающее пространство и время, согласно предсказаниям общей теории относительности Эйнштейна. Когда свет от галактики-источника проходит через это искажение, он изгибается, изменяя видимую форму галактики. Чем больше количество темной материи, тем сильнее искажение. Таким образом, по искажению ученые могут измерить количество темной материи вокруг галактики переднего плана (галактики-линзы).

Однако после определенного момента ученые сталкиваются с проблемой. Галактики в глубинах Вселенной невероятно тусклые. В результате, чем дальше от Земли мы смотрим, тем менее эффективным становится этот метод. Искажение от линзирования очень незначительно, и в большинстве случаев его трудно обнаружить, поэтому для обнаружения сигнала необходимо большое количество фоновых галактик.

Большинство предыдущих исследований уперлись в те же пределы. Не имея возможности обнаружить достаточно отдаленные галактики-источники для измерения искажения, они могли анализировать темную материю чуть более 8-10 миллиардов лет назад. Эти ограничения оставляли открытым вопрос о разделе темной материи между этим временем и 13,7 миллиарда лет назад, в самом начале нашей Вселенной.

Для преодоления этих трудностей и наблюдения темной материи из самых отдаленных уголков Вселенной, исследовательская группа под руководством Хиронао Миятаке из Нагойского университета в сотрудничестве с Токийским университетом, Национальной астрономической обсерваторией Японии и Принстонским университетом в США использовала другой источник фонового света — микроволны, выпущенные самим Большим взрывом.

Сначала, используя данные наблюдений Subaru Hyper Suprime-Cam Survey (HSC), команда определила 1,5 миллиона галактик-линз с помощью видимого света, отобранных для наблюдения 12 миллиардов лет назад.

Чтобы преодолеть недостаток света галактик, расположенных еще дальше, они использовали микроволны от космического микроволнового фона (CMB) — излучение, оставшееся после Большого взрыва. Используя микроволны, наблюдаемые спутником Планка, команда измерила, как темная материя вокруг галактик-линз искажает микроволны.

«Посмотреть на темную материю вокруг далеких галактик?» - говорит профессор Масами Оучи из Токийского университета, сделавший большинство из наблюдений. «Это была безумная идея. Никто не понимал, что мы можем это сделать. Но после того, как я выступил с докладом о большой выборке далеких галактик, Хиронао подошел ко мне и сказал, что можно посмотреть темную материю вокруг этих галактик с помощью CMB».

Новости по подобной теме:

		Вокруг Млечного Пути обнаружена странная звездная система
		Новое исследование показывает, что нашей Вселенной не обязательна темная материя
		Астрономы установили влияние темной материи на эволюцию галактик

«Большинство исследователей используют галактики-источники для измерения распределения темной материи от настоящего времени до восьми миллиардов лет назад», - добавил доцент Юити Харикане из Института исследования космических лучей Токийского университета. «Однако мы смогли заглянуть дальше в прошлое, потому что для измерения темной материи мы использовали более дальний CMB. Впервые мы измеряли темную материю практически от ранних моментов существования Вселенной».

После предварительного анализа исследователи вскоре поняли, что у них достаточно большая выборка для выявления распределения темной материи. Объединив большую выборку далеких галактик и искажения от линзирования в CMB, они обнаружили темную материю еще дальше, от 12 миллиардов лет назад. Это всего 1,7 миллиарда лет после начала Вселенной, и, таким образом, эти галактики видны вскоре после их первого образования.

«Я был счастлив, что мы открыли новое окно в ту эпоху», - сказал Миятаке. «12 миллиардов лет назад все было совсем по-другому. Вы видите больше галактик, находящихся в процессе формирования, чем сейчас; первые скопления галактик тоже начинают формироваться». Галактические скопления состоят из 100-1000 галактик, связанных гравитацией с большим количеством темной материи.

«Этот результат дает очень последовательную картину галактик и их эволюции, а также темной материи внутри и вокруг галактик, и того, как эта картина меняется со временем», - сказала Нета Бахкалл, профессор астрономии Юджина Хиггинса, профессор астрофизических наук и директор бакалавриата Принстонского университета.

Одно из самых интересных открытий исследователей было связано с комковатостью темной материи. Согласно стандартной теории космологии, модели Лямбда-CDM, тонкие флуктуации в CMB образуют бассейны плотно упакованной материи, притягивая окружающую материю с помощью гравитации. В результате образуются неоднородные сгустки, формирующие звезды и галактики в этих плотных регионах. Выводы группы показывают, что измеряемая ими плотность скоплений оказалась ниже, чем предполагает модель Лямбда-CDM.

Миятаке с энтузиазмом смотрит на открывающиеся возможности. «Наш вывод все еще неясен», - сказал он. «Но если это правда, то это говорит о том, что вся модель несовершенна по мере углубления в прошлое. Это интересно, потому что, если результат сохранится после уменьшения неопределенности, это может привести к улучшению модели, что может дать представление о природе темной материи».

«На данный момент мы попытаемся получить более качественные данные, чтобы понять, действительно ли модель Лямбда-CDM способна объяснить наблюдения, которые мы имеем во Вселенной», - сказал Андрес Плазас Малагон, младший научный сотрудник университета Принстона. «И следствием этого может стать то, что нам придется пересмотреть предположения, которые были положены в основу этой модели».

«Одно из преимуществ изучения Вселенной с помощью крупномасштабных исследований, таких как те, которые использовались в данном исследовании, состоит в том, что вы можете изучать все, что видите на полученных изображениях, от близлежащих астероидов в нашей Солнечной системе до самых далеких галактик из ранней Вселенной. Вы можете использовать одни и те же данные для изучения множества новых вопросов», - сказал Майкл Штраус, профессор и заведующий кафедрой астрофизических наук Принстонского университета.

В данном исследовании использовались данные, полученные с помощью существующих телескопов, включая "Планк" и "Субару". Группа рассмотрела только треть данных Subaru Hyper Suprime-Cam Survey. Следующим шагом будет анализ всего набора данных, что позволит более точно измерить распределение темной материи. В будущем команда рассчитывает использовать такой продвинутый набор данных как Legacy Survey of Space and Time (LSST) обсерватории Веры Рубин, чтобы исследовать более ранние части космоса. «LSST позволит нам наблюдать половину неба», - говорит Харикане. «Я не вижу причин, по которым мы не могли бы увидеть распределение темной материи 13 миллиардов лет назад».

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Темная материя