Nieuwe bevindingen onthullen de meest gedetailleerde massakaart van donkere materie

Al duizenden jaren zijn mensen gefascineerd door de mysteries van de kosmos. Van oude beschavingen zoals de Babyloniërs, Grieken en Egyptenaren tot moderne astronomen, de aantrekkingskracht van de sterrenhemel heeft talloze zoektochten naar ontgrendel de geheimen van het universum.

Hoewel er al eeuwen modellen bestaan ​​die de kosmos verklaren, staat het gebied van de kosmologie, waarin wetenschappers kwantitatieve methoden gebruiken om de evolutie en structuur van het universum beter te begrijpen, relatief in de kinderschoenen. De basis werd gelegd in het begin van de 20e eeuw met de ontwikkeling van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, die nu als basis dient voor het standaardmodel van de kosmologie.

Nu een reeks artikelen ingediend bij Het astrofysische tijdschrift door onderzoekers van Atacama Kosmologische Telescoop (ACT) heeft een baanbrekende nieuwe afbeelding onthuld die de meest gedetailleerde kaart van materie laat zien, verspreid over een kwart van de hele hemel, tot diep in de kosmos. Dit bevestigt de theorie van Einstein over hoe massieve structuren groeien en licht afbuigen, met een test die de hele leeftijd van het universum overspant.

« We hebben een nieuwe massakaart gemaakt met behulp van de vervormingen van het licht die door de oerknal zijn achtergelaten », zegt Matthew Madhavacherilhoofdauteur van een van de artikelen en assistent-professor aan de Afdeling Natuur- en Sterrenkunde Naar de Universiteit van Pennsylvanië. « Opmerkelijk genoeg biedt het metingen die aantonen dat de ‘vetheid’ van het universum en de snelheid waarmee het uitdijt na 14 miljard jaar evolutie precies is wat je zou verwachten van ons standaardmodel van kosmologie gebaseerd op de zwaartekrachttheorie van Einstein. .”

De auteurs merken op dat de kwaliteit van massa wordt toegeschreven aan de ongelijke verdeling van donkere materie in het universum, en dat de groei consistent is gebleven met eerdere voorspellingen. En hoewel het 85% van het universum vertegenwoordigt en de evolutie ervan beïnvloedt, is donkere materie moeilijk te detecteren omdat het geen interactie heeft met licht of andere vormen van elektromagnetische straling. Voor zover wij weten, werkt donkere materie alleen samen met de zwaartekracht.

ACT, gefinancierd door de National Science Foundation, werd gebouwd door Penn en Princeton University en begon in 2007 met observaties om ongrijpbare donkere materie op te sporen. De meer dan 160 medewerkers die gegevens bouwden en verzamelden van ACT, dat zich in de hoge Chileense Andes bevindt, getuigen het licht afkomstig van de dageraad van de vorming van het universum, de oerknal, toen het universum nog maar 380.000 jaar oud was. Kosmologen verwijzen vaak naar dit diffuse licht dat ons hele universum vult als het ‘babybeeld van het universum’, maar formeel staat het bekend als kosmische achtergrondstraling (CMB).

Het team volgt hoe de zwaartekracht van grote zware structuren, waaronder donkere materie, de CMB vervormt op zijn 14 miljard jaar durende reis naar ons toe, zoals hoe een vergrootglas licht buigt wanneer het door zijn lens gaat.

« Toen we dit experiment in 2003 voorstelden, hadden we geen idee van de volledige omvang van de informatie die uit onze telescoop kon worden gehaald », zegt Marc DevlinReese Flower hoogleraar astronomie bij Penn en adjunct-directeur van ACT. « We zijn het verschuldigd aan de vindingrijkheid van theoretici, de vele mensen die nieuwe instrumenten hebben gebouwd om onze telescoop gevoeliger te maken, en de nieuwe analysetechnieken die ons team heeft ontwikkeld. met. »

Penn-geleerden Gary Bernstein En Bhuvnesh Jain deed onderzoek naar het in kaart brengen van donkere materie met behulp van zichtbaar licht dat wordt uitgezonden door relatief nabije sterrenstelsels, in tegenstelling tot licht van de CMB. « Interessant genoeg vonden we dat het materiaal iets minder klonterig was dan de eenvoudigste theorie voorspelde », zegt Jain. “Het geweldige werk van Mark en Mathew over de CMB komt echter perfect overeen met de theorie. »

Afbeelding tegoed: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation

« De verbluffende ACT-kaarten voor donkere materie verminderen de tijden en plaatsen waar de eenvoudigste theorie fout zou kunnen gaan aanzienlijk », zegt Bernstein. « Eén speculatie is dat een nieuw kenmerk van zwaartekracht of donkere energie pas in de laatste miljard jaar verschijnt, na het tijdperk dat de ACT meet. »

De ACT, die 15 jaar in bedrijf was, werd in september 2022 buiten gebruik gesteld. Desalniettemin zullen naar verwachting binnenkort meer documenten met de resultaten van de laatste reeks waarnemingen worden ingediend, en de Simons Observatorium zal toekomstige waarnemingen doen op dezelfde locatie, met een nieuwe telescoop die naar verwachting in 2024 in gebruik zal worden genomen. Dit nieuwe instrument zal de hemel bijna 10 keer sneller in kaart kunnen brengen dan de ACT.

Bron: Universiteit van Pennsylvania