Dark Matter on olnud mõistatus juba sellest ajast peale, kui seda esmakordselt välja pakuti. Lisaks sellele, et püüti leida selle olemasolu kohta otseseid tõendeid, on teadlased viimased aastakümned töötanud ka teoreetiliste mudelite väljatöötamisel, et selgitada, kuidas see töötab. Viimastel aastatel on populaarseks kujunenud arusaam, et Dark Matter on “külm” ja jaotatud klompidesse kogu universumis - seda tähelepanekut toetavad Plancki missiooni andmed.
Rahvusvahelise teadlaste meeskonna koostatud uus uuring maalib aga teistsuguse pildi. Kasutades Kilo kraadiuuringu (KiDS) andmeid, uurisid need teadlased, kuidas miljonitest kaugetest galaktikatest pärit valgust mõjutas mateeria gravitatsiooniline mõju suurimale skaalale. Nad leidsid, et Dark Matter jaotub kogu kosmoses sujuvamalt, kui seni arvati.
Viimased viis aastat on KiDS-i uuringus lõunaosa öötaeva 1500 ruutkraadi uurimiseks kasutatud VLT uuringuteleskoopi (VST) - Tšiilis asuva ESO La Silla Paranali vaatluskeskuse suurimat teleskoopi. Seda ruumi mahtu on jälgitud neljas ribas (UV, IR, roheline ja punane), kasutades nõrka gravitatsiooniläätse ja fotomeetrilist punanihke mõõtmist.
Kooskõlas Einsteini üldise relatiivsusteooriaga hõlmab gravitatsiooniline lääts uurimist, kuidas massiivse objekti gravitatsiooniväli valgust painutab. Samal ajal üritab punanihk mõõta kiirust, millega teised galaktikad meie omast kaugenevad, mõõtes, kui suures ulatuses on nende valgus nihkunud spektri punase otsa poole (st. Selle lainepikkus muutub pikemaks, mida kiiremini allikas kaugeneb).
Gravitatsioonilisest läätsest on eriti kasu siis, kui on vaja kindlaks teha, kuidas universum tekkis. Meie praeguses kosmoloogilises mudelis, mida tuntakse Lambda külma tumeda materjali (Lambda CDM) mudeliks, öeldakse, et Dark Energy vastutab universumi paisumise hilise aja kiirenduse eest ja Dark Matter koosneb massiivsetest osakestest, mis vastutavad kosmoloogilise struktuuri moodustamiseks.
Kasutades selle kosmiliseks läbilöögiks tuntud tehnika väikest varieerumist, uuris uurimisrühm kaugetest galaktikatest pärit valgust, et teha kindlaks, kuidas seda väänavad Universumi suurimad struktuurid (näiteks superkihid ja hõõgniidid). Nagu dr Hendrik Hildebrandt - Argelanderi astronoomiainstituudi (AIfA) astronoom ja paberi juhtiv autor - rääkis ajakirjale Space Magazine e-postiga:
„Tavaliselt mõeldakse ühe suure massi peale nagu galaktikaparv, mis põhjustab selle valguse läbipainde. Kuid universumis on ka ainet. See niinimetatud suuremahuline struktuur eemaldab kaugetest galaktikatest pärit valguse pidevalt. Selle tulemuseks on taeva lähedal asuvad galaktikad, mis osutavad samas suunas. See on väike efekt, kuid seda saab mõõta suurte galaktikate proovide statistiliste meetoditega. Kui oleme mõõtnud, kui tugevalt galaktikad “suunavad” samas suunas, saame sellest järeldada suuremahulise struktuuri statistilisi omadusi, nt. aine keskmine tihedus ja see, kui tugevalt aine on kokku klopsitud / klastritud. ”
Seda tehnikat kasutades viis uurimisrühm läbi KiDS-andmete 450 ruutkraadi suuruse analüüsi, mis vastab umbes 1% -le kogu taevast. Selles kosmosemahus jälgiti, kuidas umbes 15 miljonist galaktikast tulev valgus interakteerus kõigi nende ja Maa vahel paikneva ainega.
Kombineerides VST-i saadud äärmiselt teravaid pilte täiustatud arvutitarkvaraga, suutis meeskond läbi viia ühe täpseima mõõtmise, mis kosmilisest nihkest kunagi tehtud. Huvitaval kombel ei olnud tulemused kooskõlas ESA Plancki missiooni toodetud tulemustega, mis on siiani olnud kõige põhjalikum universumi kaardistaja.
Plancki missioon on andnud imeliselt detailset ja täpset teavet kosmilise mikrolaine tausta (CMB) kohta. See on aidanud astronoomidel varajast universumit kaardistada, samuti välja töötada teooriaid selle kohta, kuidas aine sel perioodil jaotati. Nagu Hildebrandt selgitas:
„Planck mõõdab paljusid kosmoloogilisi parameetreid kosmilise mikrolaine fooni temperatuurikõikumiste peene täpsusega, st füüsikaliste protsessidega, mis toimusid 400 000 aastat pärast Suurt Pauku. Neist kahest parameetrist on Universumi keskmine ainetihedus ja mõõdetakse, kui tugevalt see aine on kokku klopitud. Kosmilise nihkega mõõdame ka neid kahte parameetrit, kuid palju hilisemaid kosmilisi aegu (mõni miljard aastat tagasi või ~ 10 miljardit aastat pärast Suurt Pauku), s.o meie uuemas minevikus. ”
Kuid Hildebrandt ja tema meeskond leidsid nende parameetrite väärtused, mis olid oluliselt madalamad kui Plancki leitud. Põhimõtteliselt viitavad nende kosmilise nihke tulemused sellele, et Universumis on vähem ainet ja et see on vähem klastriline kui see, mida Plancki tulemused ennustasid. Need tulemused mõjutavad lähiaastatel tõenäoliselt kosmoloogilisi uuringuid ja teoreetilist füüsikat.
Praeguses seisukorras jääb Dark Matter standardmeetodeid kasutades tuvastamatuks. Nagu mustad augud, saab selle olemasolu ka järeldada ainult selle täheldatavast gravitatsioonilisest mõjust nähtavale ainele. Sel juhul mõõdetakse selle olemasolu ja fundamentaalset olemust selle järgi, kuidas see on mõjutanud Universumi arengut viimase 13,8 miljardi aasta jooksul. Kuid kuna tulemused näivad olevat vastuolulised, võib-olla peavad astronoomid nüüd mõne oma varem peetud idee ümber vaatama.
"Võimalusi on mitu: kuna me ei mõista universumi domineerivaid koostisosi (tumeaine ja tume energia), võime mängida mõlema omadusega," ütles Hildebrandt. “Näiteks võiksid tumeda energia erinevad vormid (keerukamad kui lihtsaim võimalus, milleks on Einsteini“ kosmoloogiline konstant ”) selgitada meie mõõtmisi. Veel üks põnev võimalus on see, et see on märk sellest, et gravitatsiooniseadused universumi mõõtkavas erinevad üldisest relatiivsusest. Nüüd võime öelda vaid seda, et miski näib olevat päris õige! ”
