A Sötét Anyag az első javaslat kezdete óta rejtély volt. Amellett, hogy valamilyen közvetlen bizonyítékot talált a létezésére, a tudósok az elmúlt évtizedekben elméleti modellek kidolgozására is törekedtek, hogy megmagyarázzák, hogyan működik. Az utóbbi években a népszerű elképzelés az volt, hogy a Sötét Anyag „hideg” és csomópontokban oszlik el az egész világegyetemben, ezt a megfigyelést támasztják alá a Planck-misszió adatai.
Ugyanakkor egy nemzetközi kutatócsoport által készített új tanulmány másképp képet alkot. A Kilo fokozat felméréséből (KiDS) származó adatok felhasználásával ezek a kutatók megvizsgálták, hogyan befolyásolja a távoli galaxisok millióiból származó fény az anyag gravitációs hatása a legnagyobb skálán. Azt találták, hogy a Sötét Anyag látszólag simán oszlik meg az űrben, mint azt korábban gondolták.
Az elmúlt öt évben a KiDS felmérése a VLT Survey Telescope (VST) segítségével - az ESO chilei La Silla Paranal Obszervatóriumának legnagyobb távcsövével - a déli éjszakai égbolt 1500 négyzetméteres mérésére szolgál. Ezt a térfogatot négy sávban (UV, IR, zöld és piros) figyelték meg gyenge gravitációs lencsék és fotometrikus vöröseltolódás mérésekkel.
Az Einstein általános relativitáselméletével összhangban a gravitációs lencse magában foglalja annak tanulmányozását, hogy egy masszív tárgy gravitációs tere meghajlik-e. Eközben a vöröseltolódás megpróbálja felmérni azt a sebességet, amellyel más galaxisok távolodnak a miénktől, annak megmérésével, hogy mennyire tolódik fényük a spektrum vörös vége felé (azaz hullámhossza annál hosszabb lesz, annál gyorsabb a forrás elmozdulása).
A gravitációs lencse különösen akkor hasznos, ha meghatározzuk az univerzum kialakulását. Jelenlegi kozmológiai modellünk, a Lambda Hideg Sötét Anyag (Lambda CDM) modell néven azt állítja, hogy a Sötét Energia felelős az univerzum tágulásának késői gyorsulásáért, és hogy a Sötét Anyag hatalmas részecskékből áll, amelyek felelősek a kozmológiai szerkezet kialakításához.
A kozmikus pusztításnak nevezett technika enyhe variációjának felhasználásával a kutatócsoport megvizsgálta a távoli galaxisokból származó fényt, hogy meghatározzák, mennyire megragadja azt az univerzum legnagyobb szerkezete (például szuperklaszterek és szálak). Mint Dr. Hendrik Hildebrandt - az Argelander Csillagászati Intézet (AIfA) csillagász és a cikk vezető szerzője - e-mailben mondta a Space Magazine-nak:
„Általában egy nagy tömegre gondol, mint egy galaxis klaszterre, amely ezt a fénytörést okozza. De az egész világegyetemben is van anyag. A távoli galaxisokból származó fény folyamatosan eltolódik ezen úgynevezett nagy léptékű szerkezet révén. Ennek eredményeként az ég közelében lévő galaxisok ugyanabba az irányba mutatnak. Kicsi a hatása, de statisztikai módszerekkel mérhető nagy galaxismintákból. Amikor megmérjük, hogy a galaxisok milyen erősen „mutatnak” ugyanabba az irányba, ebből következtethetjük a nagy léptékű szerkezet statisztikai tulajdonságait, pl. az anyag átlagos sűrűsége és az anyag mennyire erősen összerakódva / csoportosulva. ”
Ennek a módszernek a felhasználásával a kutatócsoport 450 négyzet fokos KiDS-elemzést végzett, amely a teljes égbolt kb. 1% -ának felel meg. Ezen a térmennyiségen belül megfigyelték, hogy a mintegy 15 millió galaxisból származó fény kölcsönhatásba lép az összes anyaggal, amely a köztük és a Föld között fekszik.
A VST által elért rendkívül éles képeket a fejlett számítógépes szoftverrel kombinálva a csapat képes volt elvégezni az egyik legpontosabb mérést, amelyet valaha a kozmikus nyírással végeztek. Érdekes módon az eredmények nem voltak összhangban az ESA Planck missziójának eredményeivel, amely eddig a Világegyetem legátfogóbb térképzője volt.
A Planck misszió csodálatosan részletes és pontos információkat nyújtott a kozmikus mikrohullámú háttérről (CMB). Ez segített a csillagászoknak a korai világegyetem feltérképezésében, valamint elméletek kidolgozásában az anyag eloszlásáról ebben az időszakban. Amint Hildebrandt kifejtette:
„Planck sok kozmológiai paramétert tökéletes pontossággal méri a kozmikus mikrohullámú háttér hőmérsékleti ingadozásaitól, azaz a fizikai folyamatoktól, amelyek 400 000 évvel a Nagyrobbanás után következtek be. E paraméterek közül kettő az univerzum átlagos anyag sűrűsége, és annak mérése, hogy az anyag mennyire erősen összerakódott. A kozmikus nyírással ezt a két paramétert is megmérjük, de jóval későbbi kozmikus időkben (néhány milliárd évvel ezelőtt vagy ~ 10 milliárd évvel a nagy robbanás után), azaz a legújabb múltunkban. ”
Hildebrandt és csapata azonban ezeknek a paramétereknek az értékeit szignifikánsan alacsonyabbnak találta, mint amelyeket Planck talált. Alapvetően a kozmikus nyírási eredményeik azt sugallják, hogy kevesebb anyag van az Univerzumban, és kevésbé van csoportosítva, mint amit a Planck eredményei megjósoltak. Ezek az eredmények valószínűleg befolyásolják a kozmológiai tanulmányokat és az elméleti fizikát az elkövetkező években.
A sötét anyag jelenlegi állása szerint standard módszerekkel nem észlelhető. Mint a fekete lyukak, léte is csak a látható anyagokra gyakorolt megfigyelhető gravitációs hatásokból vezethető le. Ebben az esetben annak jelenlétét és alapvető természetét az alapján mérik, hogy az hogyan befolyásolta az Univerzum fejlődését az elmúlt 13,8 milliárd év alatt. Mivel azonban az eredmények ellentmondásosnak tűnnek, lehet, hogy a csillagászoknak most át kell gondolniuk korábbi gondolataikat.
"Számos lehetőség van: mivel nem értjük az univerzum domináns összetevőit (sötét anyag és sötét energia), akkor játszhatunk mindkettő tulajdonságaival" - mondta Hildebrandt. „Például a sötét energia különböző formái (összetettebbek, mint a legegyszerűbb lehetőség, amely Einstein„ kozmológiai állandója ”) magyarázhatják méréseinket. Egy másik izgalmas lehetőség, hogy ez annak a jele, hogy az univerzum méretarányának gravitációs törvényei eltérnek az általános relativitástól. Csak annyit mondhatunk, hogy valami úgy tűnik, hogy nem egészen helyes! ”
