Czasami, aby wiedzieć, o co chodzi, musisz to najpierw znaleźć.
Kiedy powstał wszechświat, materia została wyrzucona na zewnątrz i stopniowo utworzyła planety, gwiazdy i galaktyki, które znamy i kochamy dzisiaj. Starannie tworząc mapę tej materii, naukowcy mogą spróbować zrozumieć siły, które ukształtowały ewolucję wszechświata.
Grupa naukowców, w tym kilku z University of Chicago i Fermi National Accelerator Laboratory, opublikowała jeden z najdokładniejszych pomiarów, jakie kiedykolwiek wykonano na temat rozkładu materii we wszechświecie.
Łącząc dane z dwóch głównych przeglądów Wszechświata za pomocą teleskopów, Dark Energy Survey i South Pole Telescope, analiza obejmowała ponad 150 badaczy i została opublikowana jako zestaw trzech artykułów 31 stycznia w Physical Review D.
Wśród innych odkryć analiza wskazuje, że materia nie jest tak „zbita”, jak moglibyśmy się spodziewać na podstawie naszego obecnego najlepszego modelu wszechświata, co stanowi kolejny dowód na to, że może czegoś brakować w naszym istniejącym standardowym modelu wszechświata .
Chłodzenie i grudki
Po tym, jak Wielki Wybuch stworzył całą materię we wszechświecie w bardzo gorących, intensywnych chwilach około 13 miliardów lat temu, materia ta rozprzestrzenia się na zewnątrz, ochładzając się i zbijając w miarę upływu czasu. Naukowcy są bardzo zainteresowani śledzeniem ścieżki tej materii; widząc, gdzie skończyła się cała sprawa, mogą spróbować odtworzyć, co się stało i jakie siły musiałyby działać.
Pierwszym krokiem jest zebranie ogromnych ilości danych za pomocą teleskopów.
W ramach tego badania naukowcy połączyli dane z dwóch bardzo różnych przeglądów teleskopowych: The Dark Energy Survey, który przez sześć lat badał niebo ze szczytu góry w Chile, oraz Teleskop Bieguna Południowego, który szuka słabych śladów promieniowania, które wciąż się przemieszczają. na niebie od kilku pierwszych chwil wszechświata.
Połączenie dwóch różnych metod patrzenia w niebo zmniejsza prawdopodobieństwo, że wyniki zostaną zafałszowane przez błąd w jednej z form pomiaru. „Funkcjonuje jak kontrola krzyżowa, więc staje się znacznie bardziej niezawodnym pomiarem, niż gdybyś użył tylko jednego lub drugiego” – powiedział astrofizyk z UChicago, Chihway Chang, jeden z głównych autorów badań.
W obu przypadkach analiza dotyczyła zjawiska zwanego soczewkowaniem grawitacyjnym. Gdy światło podróżuje po wszechświecie, może być lekko wygięte, gdy mija obiekty o dużej grawitacji, takie jak galaktyki.
Ta metoda wyłapuje zarówno zwykłą materię, jak i ciemną materię – tajemniczą formę materii, którą wykryliśmy tylko dzięki jej wpływowi na zwykłą materię – ponieważ zarówno zwykła, jak i ciemna materia wywierają grawitację.
Dzięki rygorystycznej analizie tych dwóch zestawów danych naukowcy mogli wywnioskować, gdzie cała materia znalazła się we wszechświecie. Jest dokładniejszy niż poprzednie pomiary – to znaczy zawęża możliwości, gdzie ta sprawa się skończyła – w porównaniu z poprzednimi analizami, stwierdzili autorzy.
Większość wyników idealnie pasuje do obecnie przyjętej najlepszej teorii wszechświata.
Ale są też oznaki pęknięcia – sugerowane w przeszłości również przez inne analizy.
„Wygląda na to, że w obecnym Wszechświecie jest nieco mniej fluktuacji, niż przewidywalibyśmy, zakładając, że nasz standardowy model kosmologiczny jest zakotwiczony we wczesnym Wszechświecie” – powiedział współautor analizy i astrofizyk z University of Hawaii, Eric Baxter (PhD’14 UChicago).
Oznacza to, że jeśli stworzysz model uwzględniający wszystkie obecnie akceptowane prawa fizyczne, a następnie weźmiesz odczyty z początku wszechświata i ekstrapolujesz je w przód w czasie, wyniki będą wyglądać nieco inaczej niż to, co faktycznie mierzymy wokół nas dzisiaj.
Konkretnie, dzisiejsze odczyty pokazują, że Wszechświat jest mniej „zbrylony” – skupiony w pewnych obszarach, a nie równomiernie rozłożony – niż przewidywałby model.
Naukowcy twierdzą, że jeśli inne badania nadal będą przynosić te same wyniki, może to oznaczać, że czegoś brakuje w naszym istniejącym modelu wszechświata, ale wyniki nie są jeszcze na poziomie statystycznym, który naukowcy uważają za żelazny. To wymaga dalszych badań.
Jednak analiza jest przełomowa, ponieważ dostarczyła przydatnych informacji z dwóch bardzo różnych przeglądów teleskopowych. Jest to bardzo oczekiwana strategia dla przyszłości astrofizyki, ponieważ w następnych dziesięcioleciach pojawi się więcej dużych teleskopów, ale niewiele z nich zostało jeszcze zrealizowanych.
„Myślę, że to ćwiczenie pokazało zarówno wyzwania, jak i korzyści płynące z przeprowadzania tego rodzaju analiz” – powiedział Chang. „Jest wiele nowych rzeczy, które możesz zrobić, łącząc te różne kąty patrzenia na wszechświat”.
University of Chicago Kavli Associate Fellow Yuuki Omori był również głównym współautorem artykułów. Teleskop bieguna południowego jest finansowany głównie przez National Science Foundation i Departament Energii i jest obsługiwany przez współpracę kierowaną przez University of Chicago. Badanie Ciemnej Energii było międzynarodową współpracą koordynowaną przez Fermi National Accelerator Laboratory i finansowaną przez Departament Energii, Narodową Fundację Nauki i wiele instytucji na całym świecie.