Nowa mapa całej ciemnej materii we wszechświecie potwierdza teorię względności Einsteina

Przez tysiące lat ludzie byli zafascynowani tajemnicami wszechświata, a zwłaszcza starali się zrozumieć, w jaki sposób powstał i ewoluował, aby lepiej zrozumieć nasze pochodzenie. Kosmiczne mikrofalowe tło daje obraz wczesnego Wszechświata jako promieniowania pozostałego po Wielkim Wybuchu. Niedawno naukowcy wykazali, że zgodnie z przewidywaniami Einsteina w ogólnej teorii względności światło zostało wyprodukowane 380 000 lat po Wielkim Wybuchu przez ciemną materię wszechświata, którą udało im się zmapować. Czy to odkrycie zakończy kryzys współczesnej kosmologii?

Kosmiczne mikrofalowe tło (lub CMB) wypełnia wszechświat i stanowi pozostałości promieniowania Wielkiego Wybuchu. Kiedy wszechświat się narodził, prawie 14 miliardów lat temu, był spryskany gorącą plazmą cząstek (protonów, neutronów i elektronów) i fotonów (światła). Przez pierwsze 380 000 lat fotony nieustannie oddziaływały ze swobodnymi elektronami, sprawiając, że wczesny Wszechświat był nieprzejrzysty, jak mgła.

Ta mgła następnie rozproszyła się, gdy wszechświat ostygł, umożliwiając elektronom łączenie się z protonami, tworząc atomy wodoru. Po tym, jak temperatura stała się zbyt niska, aby ponownie się rozdzielić, fotony mogły poruszać się we wszechświecie, więc większość z nich stała się nieprzezroczysta.

To właśnie światło dociera do nas w postaci promieniowania tła, wykrywanego w podczerwieni i falach radiowych. Jej badanie powinno umożliwić zrozumienie powstawania i ewolucji wszechświata. Współczesna kosmologia, której początki sięgają początku XX wieku, opiera się na rozwoju ogólnej teorii względności Alberta Einsteina.

Ostatnio naukowcy z Atacama Cosmology Telescope (ACT) przesłali serię artykułów naukowych do Dziennik astrofizyczny Prezentacja przełomowej nowej mapy ciemnej materii rozrzuconej na jednej czwartej nieba, sięgającej w głąb wszechświata i potwierdzającej teorię Einsteina o tym, jak masywne struktury rosły, a światło zakrzywiało się przez 13,8 miliarda lat istnienia wszechświata. Astronomowie przedstawili swoje odkrycia 11 kwietnia na konferencji Future Science with CMB x LSS w Yukawa Institute for Theoretical Physics w Japonii.

Bezprecedensowa mapa wszechświata

Nowa mapa wykorzystuje światło z CMB, które zostało zauważone przez radioteleskop Atacama w Chile, głównie jako światło tła, aby pokazać całą materię między nami a Wielkim Wybuchem. Ponieważ CMB powstało na wczesnym etapie historii wszechświata, zawiera informacje o wczesnym wszechświecie. Ale od tego czasu przeszedł długą drogę i po drodze miał czas na interakcję z gromadami galaktyk. Takie interakcje pozostawiają ślad na kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła używanym do wyświetlania tych pierwotnych galaktyk.

To, co sprawia, że ​​praca naukowców jest bezprecedensowa, to rzucenie światła na całe rusztowanie galaktyk, niewidzialną ciemną materię, która splata wszechświat i łączy wszystkie jego elementy. David Spergel, profesor astronomii z Princeton i prezes Fundacji Simmonsa, mówi w oświadczeniu Komunikacja :”
Zwykle astronomowie mogą mierzyć tylko światło, więc widzimy, jak galaktyki są rozmieszczone we wszechświecie. Obserwacje te ujawniają rozkład masy i pokazują, jak ciemna materia jest rozłożona w naszym wszechświecie „.

Śledź niewidzialne

Chociaż stanowi większość wszechświata, ciemna materia jest trudna do wykrycia, ponieważ nie oddziałuje ze światłem ani innymi formami promieniowania elektromagnetycznego. Naukowcy muszą śledzić go pośrednio, poprzez jego interakcję z grawitacją.

W rzeczywistości naukowcy uważają, że we wczesnym wszechświecie roiło się od cząstek materii i antymaterii. Ponieważ giną, gdy się zderzają, gdyby oba zostały stworzone jednakowo, cała materia we wszechświecie powinna zostać unicestwiona. Jednak szybko rozszerzająca się struktura czasoprzestrzeni zachowała integralność „pierwotnych kieszeni plazmy” wszechświata. To właśnie te kieszenie są śledzone przez naukowców w celu wykrycia ciemnej materii.

Wykorzystują zjawisko soczewkowania grawitacyjnego do mapowania tych koncentracji materii w kosmicznym promieniowaniu tła. Soczewkowanie grawitacyjne to ugięcie światła spowodowane dużą koncentracją materii, takiej jak galaktyka (lub tutaj skupiska plazmy). Dlatego astronomowie szukają tych odległych wzorców zniekształceń światła, aby zmapować rozkłady ciemnej materii.

Kryzys kosmologiczny rozwiązany?

Wyniki zespołu potwierdzają przewidywania Einsteina dotyczące wzrostu masywnych struktur i wyginania światła w całej historii wszechświata. Współautor Blake Sherwin, profesor kosmologii na Uniwersytecie w Cambridge, wyjaśnia: Zmapowaliśmy niewidoczne rozmieszczenie ciemnej materii na niebie i jest dokładnie tak, jak w naszych teoriach [basées sur la théorie de
la relativité d’Einstein] spodziewać się tego „.

I dodaje: „ Nasze wyniki dostarczają nowych informacji na temat toczącej się debaty, którą niektórzy nazwali „kryzysem kosmologicznym”. Wynika to z ostatnich pomiarów, które wykorzystują inne światło tła, emitowane przez gwiazdy w galaktykach, a nie CMB, co oznacza, że ​​ciemna materia nie była wystarczająco zbita w Modelu Standardowym kosmologii.

Frank Ko, główny autor jednego z artykułów, podsumowuje:
Myślę, że zamiast „kryzysu” mamy świetną okazję do wspólnego wykorzystania tych różnych zestawów danych […] Aby dowiedzieć się więcej o rozwoju struktur we wszechświecie „.

Dodatkowe mapy wykonane przy użyciu danych ACT i nowe obserwacje z Obserwatorium Simonsa – teleskopu budowanego na pustyni Atakama, który może mapować niebo 10 razy szybciej niż ACT – mogą ostatecznie zakończyć tę debatę.