Гравитационное линзирование обнаружило темную материю возрастом 12 миллиардов лет — New Scientist

Японские исследователи составили карту распределения темной материи в галактиках примерно за 12 миллиардов лет. Для этого ученые использовали гравитационные линзы и космическое микроволновое фоновое излучение.

Мы «потеряли» около 85 процентов Вселенной. С помощью наших измерительных приборов мы можем наблюдать только 15 процентов всех материалов. Остальное невидимо, потому что не излучает никакого измеримого излучения. Но мы знаем, что он должен быть там, потому что его гравитация явно влияет на движение звезд и галактик. Мы называем эти таинственные неотслеживаемые вещи темная материя.

Кажется, что вокруг большинства галактик есть своего рода ореол темной материи. Его гравитация удерживает звезды в галактике вместе. Без короны внешние звезды были бы выброшены в космос из-за скорости, с которой вращается галактика.

Японские исследователи изучают ореолы темной материи с тех пор, как Вселенная была еще молода. Это исследование имеет две основные причины. «Прежде всего, мы хотим знать, как (первые) галактики формируются в областях с высокой плотностью темной материи», — сказал космолог по электронной почте. Хиронао Миятаке из Нагойского университета в Японии. «Мы также хотим знать, как изменилась структура Вселенной с момента Большого взрыва до наших дней».

темные ореолы

Единственный способ, с помощью которого астрономы могут изучать ореолы темной материи, — это измерять влияние их гравитации на окружающую среду. Это именно то, что японские астрономы сделано сейчас Что касается темной материи, окружающей (и внутри) галактик, которая сформировалась 12 миллиардов лет назад, менее чем через 2 миллиарда лет после Большого взрыва. Чтобы заглянуть так далеко в прошлое, они используют эффект гравитационного искривления пространства-времени, фоновое излучение, оставшееся после Большого взрыва, и мощный телескоп.

Можно оглянуться назад во времени. Это потому, что свет движется со скоростью около 300 000 километров в секунду. Таким образом, для преодоления 300 000 км требуется секунда. Чем дальше источник света, тем больше времени требуется, чтобы его свет достиг нас. Например, солнечному свету требуется восемь минут, чтобы добраться до нас. В результате мы «видим» солнце таким, каким оно появилось восемь минут назад.

Если заглянуть очень далеко во Вселенную, можно найти свет от галактик, которые путешествовали 12 миллиардов лет назад. Таким образом, вы можете видеть галактики такими, какими они выглядели 12 миллиардов лет назад.

Гравитационные линзы

Хорошо, но как измерить темную материю в этих далеких галактиках? Для измерения ауры темной материи галактики часто используется свет от галактики за галактикой, которая интересует исследователей. Гравитация галактики перед нами, определяемая совокупностью видимой и темной материи, искажает пространство-время вокруг этой галактики. Этот эффект, предсказанный Эйнштейном в его общей теории относительности, сравним с тяжелым шаром для боулинга на батуте. Полотно батута деформируется вокруг шара для боулинга.

Когда свет от далекой галактики проходит через искривленное пространство-время к галактике переднего плана, он отклоняется. Тогда система на переднем плане работает как «гравитационная линзаСвет изгибается аналогично обычной линзе.

Чем больше темной материи в галактике, тем сильнее искривляется свет. Это позволяет астрономам сделать вывод, сколько темной материи содержит следующая галактика.

Для описанной выше техники вам нужна галактика, которая находится очень далеко и, следовательно, старше, чем галактика перед вами. Эти далекие и древние галактики редки и слабы, что затрудняет измерения в далеких и древних галактиках. Это затрудняет оглянуться назад более чем на восемь-десять миллиардов лет.

космическое микроволновое фоновое излучение

Японские исследователи что-то в нем нашли. Они не используют далекую галактику в качестве источника света, но космический микроволновый фонСуществующий повсюду во Вселенной. Это оно первый свет Он вырвался более 13,6 миллиардов лет назад из первобытного бульона, сформировавшего вселенную сразу после Большого взрыва.

с японцами Субару телескоп Исследователи выбрали линзовые галактики так далеко, что мы можем видеть их такими, какими они выглядели 12 миллиардов лет назад.

Миятаке говорит, что эффект инверсии гравитационного поля одиночной далекой галактики на фоне космических космических волн очень мал. «Поэтому мы настроили в среднем около 1,5 миллиона галактик для измерения сигнала линзирования». Затем они сравнили сигнал с теоретической моделью, предсказывающей, как должно выглядеть распределение темной материи вокруг этих галактик. «Оказалось, что наши измерения очень хорошо совпадают», — говорит Миятаке.

Своими результатами японские исследователи показали, что таким образом можно измерить ореолы темной материи галактик в ранней Вселенной.

«Это захватывающий новый вид измерения», — говорит космолог. Хендрик Хильдебрандт из Рурского университета в Бохуме и не принимал участия в исследовании. Это подтверждает, что доказательство концепции он. Эти первые результаты еще не дали каких-либо новых научных открытий. «Это показывает, что возможно с будущими измерениями».