Το Dark Matter ήταν κάτι μυστήριο από τότε που προτάθηκε για πρώτη φορά. Εκτός από την προσπάθεια να βρουν κάποια άμεσα στοιχεία για την ύπαρξή της, οι επιστήμονες έχουν περάσει τις τελευταίες δεκαετίες αναπτύσσοντας θεωρητικά μοντέλα για να εξηγήσουν πώς λειτουργεί. Τα τελευταία χρόνια, η δημοφιλής αντίληψη ήταν ότι το Dark Matter είναι «κρύο» και διανέμεται σε συστάδες σε όλο το Σύμπαν, μια παρατήρηση που υποστηρίζεται από τα δεδομένα της αποστολής του Planck.
Ωστόσο, μια νέα μελέτη που εκπονήθηκε από μια διεθνή ομάδα ερευνητών ζωγραφίζει μια διαφορετική εικόνα. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από την Έρευνα Kilo Degree (KiDS), αυτοί οι ερευνητές μελέτησαν πώς το φως που προέρχεται από εκατομμύρια απομακρυσμένους γαλαξίες επηρεάστηκε από τη βαρυτική επίδραση της ύλης στη μεγαλύτερη κλίμακα. Αυτό που βρήκαν ήταν ότι το Dark Matter φαίνεται να διανέμεται πιο ομαλά σε όλο τον χώρο από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Τα τελευταία πέντε χρόνια, η έρευνα KiDS χρησιμοποιεί το Τηλεσκόπιο Survey VLT (VST) - το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο στο Παρατηρητήριο La Silla Paranal του ESO στη Χιλή - για να ερευνήσει 1500 τετραγωνικούς βαθμούς του νότιου νυχτερινού ουρανού. Αυτός ο όγκος του χώρου έχει παρακολουθηθεί σε τέσσερις ζώνες (UV, IR, πράσινο και κόκκινο) χρησιμοποιώντας αδύναμους βαρυτικούς φακούς και μετρήσεις φωτομετρικής ερυθράς αλλαγής.
Σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, ο βαρυτικός φακός περιλαμβάνει τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο το βαρυτικό πεδίο ενός τεράστιου αντικειμένου θα κάμψει το φως. Εν τω μεταξύ, το redshift προσπαθεί να μετρήσει την ταχύτητα με την οποία άλλοι γαλαξίες απομακρύνονται από τη δική μας, μετρώντας την έκταση στην οποία το φως τους μετατοπίζεται προς το κόκκινο άκρο του φάσματος (δηλ. Το μήκος κύματος του γίνεται μεγαλύτερο όσο γρηγορότερα απομακρύνεται η πηγή).
Ο βαρυτικός φακός είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για τον καθορισμό του πώς έγινε το Σύμπαν. Το τρέχον κοσμολογικό μας μοντέλο, γνωστό ως το μοντέλο Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), δηλώνει ότι η Dark Energy είναι υπεύθυνη για την επιτάχυνση της καθυστερημένης επέκτασης του Σύμπαντος και ότι το Dark Matter αποτελείται από τεράστια σωματίδια που είναι υπεύθυνα για σχηματισμό κοσμολογικής δομής.
Χρησιμοποιώντας μια μικρή παραλλαγή σε αυτήν την τεχνική που είναι γνωστή ως κοσμική καθαρή, η ερευνητική ομάδα μελέτησε το φως από μακρινούς γαλαξίες για να καθορίσει πώς στρεβλώνεται από την παρουσία των μεγαλύτερων δομών στο Σύμπαν (όπως τα υπερσυστήματα και τα νήματα). Όπως είπε ο Δρ Hendrik Hildebrandt - ένας αστρονόμος από το Ινστιτούτο Αστρονομίας του Argelander (AIfA) και ο κύριος συγγραφέας της εφημερίδας - στο Space Magazine μέσω email:
«Συνήθως κάποιος σκέφτεται μια μεγάλη μάζα σαν ένα σμήνος γαλαξιών που προκαλεί αυτήν την ελαφριά εκτροπή. Αλλά υπάρχει επίσης ύλη σε όλο το Σύμπαν. Το φως από απομακρυσμένους γαλαξίες αποκλίνει συνεχώς από αυτή τη λεγόμενη δομή μεγάλης κλίμακας. Αυτό οδηγεί σε γαλαξίες που είναι κοντά στον ουρανό να «δείχνουν» προς την ίδια κατεύθυνση. Είναι ένα μικρό αποτέλεσμα, αλλά μπορεί να μετρηθεί με στατιστικές μεθόδους από μεγάλα δείγματα γαλαξιών. Όταν έχουμε μετρήσει πόσο έντονα οι γαλαξίες δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση, μπορούμε να συμπεράνουμε από αυτό τις στατιστικές ιδιότητες της μεγάλης κλίμακας δομής, π.χ. η μέση πυκνότητα της ύλης και πόσο έντονα είναι η ομαδοποίηση / ομαδοποίηση της ύλης. "
Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, η ερευνητική ομάδα διεξήγαγε μια ανάλυση 450 τετραγωνικών βαθμών δεδομένων KiDS, η οποία αντιστοιχεί περίπου στο 1% του συνόλου του ουρανού. Μέσα σε αυτόν τον όγκο του χώρου, παρατηρήθηκε πως το φως που προέρχεται από περίπου 15 εκατομμύρια γαλαξίες αλληλεπιδρά με όλα τα θέματα που βρίσκονται μεταξύ τους και της Γης.
Συνδυάζοντας τις εξαιρετικά ευκρινείς εικόνες που έλαβε η VST με προηγμένο λογισμικό υπολογιστή, η ομάδα μπόρεσε να πραγματοποιήσει μία από τις πιο ακριβείς μετρήσεις που έγιναν ποτέ από κοσμική διάτμηση. Είναι αρκετά ενδιαφέρον ότι τα αποτελέσματα δεν ήταν συνεπή με εκείνα που παρήγαγε η αποστολή Planck της ESA, η οποία ήταν ο πιο ολοκληρωμένος χαρτογράφος του Σύμπαντος μέχρι σήμερα.
Η αποστολή Planck παρείχε μερικές υπέροχες λεπτομερείς και ακριβείς πληροφορίες σχετικά με το Cosmic Microwave Background (CMB). Αυτό βοήθησε τους αστρονόμους να χαρτογραφήσουν το πρώιμο Σύμπαν, καθώς και να αναπτύξουν θεωρίες για το πώς διανεμήθηκε η ύλη κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Όπως εξήγησε ο Hildebrandt:
«Το Planck μετρά πολλές κοσμολογικές παραμέτρους με εξαιρετική ακρίβεια από τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων, δηλαδή φυσικές διεργασίες που συνέβησαν 400.000 χρόνια μετά το Big Bang. Δύο από αυτές τις παραμέτρους είναι η μέση πυκνότητα ύλης του Σύμπαντος και ένα μέτρο του πόσο έντονα συσσωρεύεται αυτό το θέμα. Με την κοσμική διάτμηση, μετράμε επίσης αυτές τις δύο παραμέτρους, αλλά πολύ αργότερα κοσμικούς χρόνους (πριν από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια ή ~ 10 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη), δηλαδή στο πιο πρόσφατο παρελθόν μας. "
Ωστόσο, ο Hildebrandt και η ομάδα του βρήκαν τιμές για αυτές τις παραμέτρους που ήταν σημαντικά χαμηλότερες από αυτές που βρέθηκαν από τον Planck. Βασικά, τα αποτελέσματα της κοσμικής διάτμησης δείχνουν ότι υπάρχει λιγότερη ύλη στο Σύμπαν και ότι είναι λιγότερο συγκεντρωμένη από αυτά που προέβλεπαν τα αποτελέσματα του Planck. Αυτά τα αποτελέσματα είναι πιθανό να έχουν αντίκτυπο στις κοσμολογικές μελέτες και στη θεωρητική φυσική τα επόμενα χρόνια.
Ως έχει, το Dark Matter παραμένει μη ανιχνεύσιμο χρησιμοποιώντας τυπικές μεθόδους. Όπως και οι μαύρες τρύπες, η ύπαρξή της μπορεί να συναχθεί μόνο από τα παρατηρήσιμα βαρυτικά αποτελέσματα που έχει στην ορατή ύλη. Σε αυτήν την περίπτωση, η παρουσία και η θεμελιώδης φύση του μετρούνται από το πώς έχει επηρεάσει την εξέλιξη του Σύμπαντος τα τελευταία 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά επειδή τα αποτελέσματα φαίνεται να είναι αντιφατικά, οι αστρονόμοι ίσως τώρα πρέπει να επανεξετάσουν ορισμένες από τις προηγούμενες αντιλήψεις τους.
«Υπάρχουν πολλές επιλογές: επειδή δεν καταλαβαίνουμε τα κυρίαρχα συστατικά του Σύμπαντος (σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια) μπορούμε να παίξουμε με τις ιδιότητες και των δύο», δήλωσε ο Hildebrandt. «Για παράδειγμα, διαφορετικές μορφές σκοτεινής ενέργειας (πιο περίπλοκες από την απλούστερη δυνατότητα, που είναι η« κοσμολογική σταθερά »του Αϊνστάιν) θα μπορούσαν να εξηγήσουν τις μετρήσεις μας. Μια άλλη συναρπαστική πιθανότητα είναι ότι αυτό είναι ένα σημάδι ότι οι νόμοι της βαρύτητας στην κλίμακα του Σύμπαντος είναι διαφορετικοί από τη Γενική Σχετικότητα. Το μόνο που μπορούμε να πούμε είναι ότι κάτι φαίνεται να μην είναι απολύτως σωστό! "
