Για δεκαετίες, το κυρίαρχο κοσμολογικό μοντέλο που χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες βασίστηκε στη θεωρία ότι εκτός από τη βαρυονική ύλη - επίσης. «Φυσιολογική» ή «φωτεινή» ύλη, την οποία μπορούμε να δούμε - το Σύμπαν περιέχει επίσης μια σημαντική ποσότητα αόρατης μάζας. Αυτό το «Dark Matter» αντιπροσωπεύει περίπου το 26,8% της μάζας του Σύμπαντος, ενώ η κανονική ύλη αντιπροσωπεύει μόλις το 4,9%.
Ενώ η αναζήτηση για το Dark Matter συνεχίζεται και δεν υπάρχουν ακόμη άμεσα αποδεικτικά στοιχεία, οι επιστήμονες έχουν επίσης συνειδητοποιήσει ότι περίπου το 90% της κανονικής ύλης του Σύμπαντος παρέμεινε ακόμη μη εντοπισμένο. Σύμφωνα με δύο νέες μελέτες που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα, μεγάλο μέρος αυτής της φυσιολογικής ύλης - που αποτελείται από ίνες θερμού, διάχυτου αερίου που συνδέουν τους γαλαξίες - μπορεί τελικά να έχει βρεθεί.
Η πρώτη μελέτη, με τίτλο «Μια αναζήτηση για θερμές / θερμά αέρια αέρια μεταξύ ζεύγους των φωτεινών κόκκινων γαλαξιών SDSS», εμφανίστηκε στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας. Η μελέτη διεξήχθη από τον Hideki Tanimura, τότε υποψήφιο διδάκτορα στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας, και περιελάμβανε ερευνητές από το Καναδικό Ινστιτούτο Προηγμένης Έρευνας (CIFAR), το Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ John Moores και το Πανεπιστήμιο του KwaZulu-Natal.
Η δεύτερη μελέτη, η οποία εμφανίστηκε πρόσφατα στο διαδίκτυο, είχε τίτλο «Missing Baryons in the Cosmic Web Revealed by the Sunyaev-Zel’dovich Effect». Αυτή η ομάδα αποτελούνταν από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου και ηγήθηκε η Anna de Graaff, προπτυχιακή φοιτήτρια από το Ινστιτούτο Αστρονομίας στο Βασιλικό Αστεροσκοπείο του Εδιμβούργου. Δουλεύοντας ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, αυτές οι δύο ομάδες αντιμετώπισαν ένα πρόβλημα του λείπουν θέματος του Σύμπαντος.
Βασισμένο σε κοσμολογικές προσομοιώσεις, η κυρίαρχη θεωρία ήταν ότι η προηγουμένως μη ανιχνευθείσα κανονική ύλη του Σύμπαντος αποτελείται από κλώνους βαρυονικής ύλης - δηλαδή πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια - που κυμαίνεται μεταξύ γαλαξιών. Αυτές οι περιοχές είναι γνωστές ως «Κοσμικός Ιστός», όπου υπάρχει αέριο χαμηλής πυκνότητας σε θερμοκρασίες 105 έως 107 K (-168 t0 -166 ° C, -270 έως 266 ° F).
Για χάρη των σπουδών τους, και οι δύο ομάδες ζήτησαν πληροφορίες από την Planck Collaboration, μια επιχείρηση που διατηρείται από την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος και περιλαμβάνει όλους εκείνους που συνέβαλαν στην Planck αποστολή (ESA). Αυτό παρουσιάστηκε το 2015, όπου χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία ενός θερμικού χάρτη του Σύμπαντος μετρώντας την επίδραση του φαινομένου Sunyaev-Zeldovich (SZ).
Αυτό το φαινόμενο αναφέρεται σε μια φασματική παραμόρφωση στο Κοσμικό Φούρνο Μικροκυμάτων, όπου τα φωτόνια διασκορπίζονται από ιονισμένο αέριο σε γαλαξίες και μεγαλύτερες δομές. Κατά τη διάρκεια της αποστολής του για τη μελέτη του κόσμου, το Planck ο δορυφόρος μέτρησε τη φασματική παραμόρφωση των φωτονίων CMB με μεγάλη ευαισθησία, και ο θερμικός χάρτης που προέκυψε έκτοτε χρησιμοποιείται για την χαρτογράφηση της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος.
Ωστόσο, τα νήματα μεταξύ των γαλαξιών φάνηκαν πολύ αχνά για να το εξετάσουν οι επιστήμονες εκείνη την εποχή. Για να το διορθώσουν, οι δύο ομάδες συμβουλεύτηκαν δεδομένα από τους καταλόγους γαλαξιών CMASS Βορρά και Νότου, οι οποίοι δημιουργήθηκαν από την 12η έκδοση δεδομένων του Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Από αυτό το σύνολο δεδομένων, στη συνέχεια επέλεξαν ζευγάρια γαλαξιών και εστίασαν στο διάστημα μεταξύ τους.
Στη συνέχεια στοίβαξαν τα θερμικά δεδομένα που ελήφθησαν από Planck για αυτές τις περιοχές το ένα πάνω στο άλλο, προκειμένου να ενισχυθούν τα σήματα που προκαλούνται από το φαινόμενο SZ μεταξύ των γαλαξιών. Όπως είπε ο Δρ Hideki στο Space Magazine μέσω email:
«Η έρευνα γαλαξίας SDSS δίνει ένα σχήμα της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος. Η παρατήρηση του Planck παρέχει έναν χάρτη πίεσης αερίου παντού με καλύτερη ευαισθησία. Συνδυάζουμε αυτά τα δεδομένα για τον εντοπισμό του χαμηλού πυκνού αερίου στον κοσμικό ιστό. "
Ενώ η Tanimura και η ομάδα του συγκέντρωσαν δεδομένα από 260.000 ζευγάρια γαλαξιών, η de Graaff και η ομάδα της συγκέντρωσαν δεδομένα από πάνω από ένα εκατομμύριο. Στο τέλος, οι δύο ομάδες βρήκαν ισχυρές ενδείξεις νημάτων αερίου, αν και οι μετρήσεις τους διέφεραν κάπως. Ενώ η ομάδα της Tanimura διαπίστωσε ότι η πυκνότητα αυτών των νημάτων ήταν περίπου τριπλάσια της μέσης πυκνότητας στο γύρω κενό, η de Graaf και η ομάδα της διαπίστωσαν ότι ήταν έξι φορές η μέση πυκνότητα.
«Ανιχνεύουμε στατιστικά το χαμηλό πυκνό αέριο στον κοσμικό ιστό με μια μέθοδο στοίβαξης», δήλωσε ο Hideki. «Η άλλη ομάδα χρησιμοποιεί σχεδόν την ίδια μέθοδο. Τα αποτελέσματά μας είναι πολύ παρόμοια. Η κύρια διαφορά είναι ότι διερευνούμε ένα κοντινό Σύμπαν, από την άλλη πλευρά, διερευνούμε ένα σχετικά μακρύτερο Σύμπαν. "
Αυτή η ιδιαίτερη πτυχή του ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα, καθώς υπαινίσσεται ότι με την πάροδο του χρόνου, το βαρυονικό θέμα στον Κοσμικό Ιστό έχει γίνει λιγότερο πυκνό. Μεταξύ αυτών των δύο αποτελεσμάτων, οι μελέτες αντιπροσώπευαν μεταξύ 15 και 30% του συνολικού βαρυονικού περιεχομένου του Σύμπαντος. Ενώ αυτό θα σήμαινε ότι ένα σημαντικό ποσό της βαρυονικής ύλης του Σύμπαντος απομένει να βρεθεί, είναι ωστόσο εντυπωσιακό εύρημα.
Όπως εξήγησε ο Hideki, τα αποτελέσματά τους όχι μόνο υποστηρίζουν το σημερινό κοσμολογικό μοντέλο του Σύμπαντος (το μοντέλο Lambda CDM) αλλά και υπερβαίνει:
«Η λεπτομέρεια στο σύμπαν μας είναι ακόμα ένα μυστήριο. Τα αποτελέσματά μας ρίχνουν φως σε αυτό και αποκαλύπτει μια πιο ακριβή εικόνα του Σύμπαντος. Όταν οι άνθρωποι βγήκαν στον ωκεανό και άρχισαν να φτιάχνουν έναν χάρτη του κόσμου μας, τότε δεν χρησιμοποιήθηκε για τους περισσότερους ανθρώπους, αλλά τώρα χρησιμοποιούμε τον παγκόσμιο χάρτη για να ταξιδέψουμε στο εξωτερικό. Με τον ίδιο τρόπο, ένας χάρτης ολόκληρου του σύμπαντος μπορεί να μην είναι πολύτιμος τώρα, επειδή δεν διαθέτουμε τεχνολογία για να φτάσουμε πολύ μακριά στο διάστημα. Ωστόσο, θα μπορούσε να είναι πολύτιμο 500 χρόνια αργότερα. Βρισκόμαστε στο πρώτο στάδιο δημιουργίας χάρτη ολόκληρου του Σύμπαντος. "
Ανοίγει επίσης ευκαιρίες για μελλοντικές μελέτες του Comsic Web, οι οποίες αναμφίβολα θα επωφεληθούν από την ανάπτυξη οργάνων επόμενης γενιάς όπως το James Webb Telescope, το Atacama Cosmology Telescope και το Q / U Imaging ExperimenT (QUIET). Με οποιαδήποτε τύχη, θα είναι σε θέση να εντοπίσουν το υπόλοιπο που λείπει. Τότε, ίσως μπορούμε τελικά να μηδενίσουμε όλη την αόρατη μάζα!
