Исследователи в сотрудничестве с Atacama Cosmology Telescope (ACT) создали революционное новое изображение, которое показывает самую подробную карту темной материи, распределенной по четверти всего неба и простирающейся вглубь космоса. Более того, карта подтверждает теорию Эйнштейна о том, как массивные структуры растут и преломляют свет на протяжении всего 14-миллиардного периода жизни Вселенной.
«Мы нанесли на карту невидимую темную материю и теперь отчетливо видим особенности этого невидимого мира, которые простираются на сотни миллионов световых лет», — заявил Блейк Шервин (Blake Sherwin), профессор космологии Кембриджского университета, где он возглавляет группу исследователей ACT.
«Это выглядит именно так, как предсказывают наши теории».
Несмотря на то, что темная материя составляет 85% Вселенной и влияет на ее эволюцию, обнаружить ее было чрезвычайно сложно, поскольку она не взаимодействует со светом или другими формами электромагнитного излучения. Ученым только известно, что темная материя взаимодействует исключительно с гравитацией.
Чтобы отследить темную материю, более 160 сотрудников, которые собрали данные с телескопа Атакама в высокогорных чилийских Андах, наблюдают свет, излучаемый после начала формирования Вселенной, Большого взрыва, когда Вселенной было всего 380 000 лет. Космологи часто называют этот рассеянный свет, который заполняет всю нашу Вселенную, «детским изображением Вселенной», но формально он известен как космическое микроволновое фоновое излучение (CMB), или реликтовое излучение.
Команда отслеживает, как гравитационное притяжение больших, тяжелых структур, включая темную материю, искажает реликтовое излучение на его 14-миллиардном пути к нам, подобно тому, как увеличительное стекло искривляет свет, проходящий через его линзу.
«Мы создали новую карту масс, используя искажения света после Большого взрыва», — говорит Мэтью Мадхавачерил (Mathew Madhavacheril), доцент кафедры физики и астрономии Пенсильванского университета. «Примечательно, что эти искажения позволяют делать нам измерения, которые показывают не только «комковатость» Вселенной, но и скорость, с которой она растет после 14 миллиардов лет эволюции, — это именно то, что вы ожидаете от нашей стандартной модели космологии, основанной на теории гравитации Эйнштейна».
Результаты ученых также дают новый взгляд на продолжающиеся дебаты, которые некоторые называют «Кризисом в космологии», объясняя, что этот кризис проистекает из недавних измерений, в которых используется другой фоновый свет, излучаемый звездами в галактиках, а не реликтовым излучением. Это дало результаты, которые предполагают, что темная материя не была достаточно комковатой в соответствии со стандартной космологической моделью, и вызвало опасения, что модель может быть неверной. Тем не менее, последние результаты команды ACT позволили точно оценить, что огромные «шишки», видимые на этом изображении, имеют правильный размер.
«Данные линзирования реликтового излучения конкурируют с более традиционными обзорами видимого света от галактик в их способности отслеживать то, что там находится», — говорит Сюзанна Стэггс (Suzanne Staggs), директор ACT и профессор физики в Принстонском университете.
«Линзирование реликтового излучения и лучшие оптические обзоры совместно проясняют эволюцию всей массы во Вселенной».
«Когда мы предложили этот эксперимент в 2003 году, мы понятия не имели, какой объем информации можно извлечь из нашего телескопа», — говорит Марк Девлин (Mark Devlin), профессор астрономии Университета Пенсильвании и заместитель директора ACT. «Мы обязаны этим умению теоретиков, многим людям, которые построили новые инструменты, чтобы сделать наш телескоп более чувствительным, и новым методам анализа, которые придумала наша команда».
ACT, проработавшая 15 лет, была выведена из эксплуатации в сентябре 2022 года. Тем не менее, ожидается, что в ближайшее время будет представлено больше документов, представляющих результаты окончательного набора наблюдений, и обсерватория Саймонса будет проводить будущие наблюдения на том же месте с помощью нового телескопа. Работу уже планируется начать в 2024 году. Этот новый инструмент будет способен картировать небо почти в 10 раз быстрее, чем ACT.
Источник: «Future Science with CMB x LSS,» a conference running from April 10-14 at Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University. Princeton University.
