Ученые проследили за самым древним светом Вселенной. Их открытие противоречит всему, что мы знаем о раннем космосе
Научпоп5 августа 2022, 08:03
Темная материя — один из загадочных компонентов космоса, о котором ученые знают не так уж и много. Это до сих пор необнаруженный тип материи, который совершенно не взаимодействует со светом.
Считается, что темная материя составляет основу космической паутины — крупнейшей структуры во Вселенной. Переплетения ее «паутинок» мы привыкли называть галактиками.
Однако исследование команды астрофизиков из японского Нагойского Университета может поставить под вопрос все, что мы знаем о ранней Вселенной.
Ученые предполагают, что темная материя в ранней Вселенной была не такая «комковатая», какой ее представляют большинство современных космологических моделей. Если последующие наблюдение подтвердят теорию исследователей, это изменит все, что мы знаем о появлении, росте и развитии галактик; потенциально это может в целом изменить наше понимание законов, по которым существует космос.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
К такому выводу ученые пришли, попав на следы самой древней темной материи за всю историю наблюдений: соответствующее исследование опубликовано в научном журнале Physical Review Letters.
Мы до сих пор не знаем, чем является темная материя, поскольку она вообще никак не взаимодействует со светом — то есть, увидеть ее невозможно. Однако мы знаем, что обычная материя, из которой состоят все планеты и звезды — это далеко не полный состав Вселенной. На самом деле, большая ее часть — это именно темная материя.
Мы знаем, что она существует благодаря ее гравитационному воздействию на звезды и галактики, движение которых нельзя объяснить исключительно обычной материей. Разгадка природы темной материи будет одним из важнейших научных открытий человечества, ведь решение этой загадки прольет свет на множество других вопросов: мы сможем лучше понимать, как развивалась Вселенная, как эволюционировали галактики и как трансформируется космическое пространство прямо сейчас.
Наблюдение за древними галактиками поможет нам не только проследить за изменениями в поведении этого таинственного компонента космоса, но и, возможно, укажет на ошибку в наших теориях. Один из самых надежных способов понять, как менялось распределение темной материи в космосе — наблюдать за молодой Вселенной при помощи гравитационных линз.
Принцип работы подобных естественных телескопов мы объясняли в материале о том, как NASA планирует использовать Солнце для поиска потенциально обитаемых экзопланет.
Эффект гравитационного линзирования возникает, когда между Землей и чрезвычайно далеким объектом — например, молодой галактикой, существовавшей в ранней Вселенной, — находится массивный объект. Им может быть большая звезда, еще одна галактика или даже шаровые или галактические скопления. Такие объекты обладают мощным гравитационным полем, которое искажает свет отдаленных объектов, увеличивая его в сотни раз. Таким образом гравитация выступает своего рода линзой, а ученые могут наблюдать за самыми удаленным областями Вселенной.
Чтобы изучить распределение темной материи в удаленной галактике, ученые наблюдают за светом, который исходит от нее и проходит через «линзу». Чем больше темной материи наблюдается в галактике-линзе, чем больше она искажает свет космических тел, которые находятся позади нее.
Этот прием надежен, однако достаточно хорошо работает не для всех галактик. Свет, исходящий от более далеких миров недостаточно ярок, а потому таким образом ученые ранее смогли картографировали распределение темной материи по галактикам, которые находятся в 8−10 млрд световых годах от Земли.
Однако команда ученых из Нагойского университета под руководством астрофизика Хиронао Миятакэ использовала не обычный свет, а самый старый наблюдаемый свет во Вселенной — реликтовое излучение, которое также называют космологическим микроволновым фоном. Это тепловое излучение, которое появилось приблизительно через 380 тыс. лет после Большого взрыва и теперь равномерно заполняет всю Вселенную. Практически все ученые, которые изучают раннюю Вселенную рано или поздно приходят к необходимости наблюдать за реликтовым излучением.
Реликтовое излучение искажается «космическими линзами» точно так же, как свет от отдаленных звезд и галактик. Ученые использовали выборку из 1,5 млн галактик, собранных в ходе исследования Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program, которые существовали, когда Вселенной было всего 1,7 млрд лет. Изображения этих галактик они объединили с данными распределении реликтового излучения, собранного спутником Планк, принадлежащего Европейскому космическому агентству.
Стандартная космологическая теория Лямбда-CDM (Lambda-Cold Dark Matter) гласит, что ранние галактики образовывались в результате флуктуации материи в пространтсве — грубо говоря, материя собиралась в комки, в которых затем росли галактики, звезды и планеты. Это не соответствует тому, что увидели ученые: оказалось, что раннее распределение темной материи было достаточно «ровным», что противоречит современным представлениям о раннем космосе.
Ученые подчеркивают, что результат их исследования нельзя трактовать как вызов всей науке. Однако их находка может помочь нам уточнить все, что мы знаем об эволюции Вселенной, а также, возможно, разгадать загадку природы темной материи. Команда планирует и дальше собирать данные, чтобы оценить, соответствует ли модель Lambda-CDM наблюдениям за темной материей в ранней Вселенной.
«Я счастлив, что мы открыли окно в новую эпоху», — пишет Миятакэ.