Nowy sposób badania wczesnego Wszechświata

Astronomowie od dawna starają się sięgnąć w głąb wczesnej historii naszego Wszechświata. Jaka była wtedy natura materii? W jaki sposób małe galaktyczne zalążki urosły do rozmiarów gazowych potworów widziane dzisiaj, i jaka była natura tajemniczej substancji, która obciąża ich halo, a jednocześnie wymyka się naszym ziemskim detektorom? Zespół astronomów być może odkrył nowe narzędzie, które pozwoli nam badać tę tajemniczą materię w mniejszej skali niż kiedykolwiek wcześniej.

Symulowane halo ciemnej materii wokół galaktyki.
Źródło: Użytkownik Wikipedii Cosmo0.

Spojrzenie wstecz na historię Wszechświata
Jednym z kluczowych zadań współczesnej astronomii jest zrozumienie wczesnego Wszechświata oraz tego, jak ewoluował, aby osiągnąć stan, w którym znajduje się obecnie. Kosmiczny Teleskop Hubble’a przeniósł nas do czasów, gdy Wszechświat miał 500 milionów lat, a misja Planck pozwoliła nam spojrzeć na Wszechświat, gdy miał zaledwie 380 000 lat, wykorzystując kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła (CMB) – światło z bardzo wczesnego Wszechświata, które zostało rozciągnięte do reżimu mikrofalowego w miarę rozszerzania się Wszechświata. Jednym z kluczy do zrozumienia, jak w tym czasie zachowywała się zarówno zwykła, jak i ciemna materia.

Wskazówka, jak ciemna materia zachowuje się w małych skalach, może znajdować się w halo ciemnej materii otaczającym galaktyki we wczesnym Wszechświecie. Te halo ciemnej materii były znacznie mniej masywne niż te, które otaczają galaktyki dzisiaj, więc badanie tych halo we wczesnym Wszechświecie dałoby nam nowe okno do przyjrzenia się ciemnej materii w mniejszych skalach i mogłoby pomóc nam zrozumieć naturę tej tajemniczej substancji, która przenika nasz kosmos.

Badanie ciemnej materii w małych skalach
Grupa naukowców pod kierownictwem Nashwana Sabti z King's College London wykorzystała dekadę obserwacji z HST do badania ciemnej materii w bardzo małych skalach przyglądając się odległym galaktykom i ich halo za pomocą metody uzupełniającej zakres sond lokalnych i CMB. W pierwszej kolejności zespół wyznaczył funkcję jasności galaktyk w ultrafiolecie, (UV FL) która ujmuje obfitość galaktyk w funkcji ich jasności w UV. Ponieważ UV FL zależy od rozkładu masy halo ciemnej materii, technika ta pozwoliła autorom pracy na pośrednie zbadanie, jak ciemna materia jest rozmieszczona w różnych skalach w tym wczesnym okresie historii Wszechświata, ukazując wskazówki dotyczące tego, jak formowała się i ewoluowała wczesna struktura naszego Wszechświata.

Wykorzystanie możliwości szerokiego zakresu pomiarów
Pomiary UV FL wykonane przez autorów obejmują szeroki zakres, od czasu, gdy Wszechświat miał 48 milionów lat aż do okresu, gdy miał 156 milionów lat, i badają skale wykraczające poza to, co pozwala nam zbadać CMB. Autorzy modelują wynikowe widmo mocy materii – miarę tego, jak materia grupuje się w różnych skalach przestrzennych – z różnymi parametrami, aby przetestować szereg modeli teoretycznych opisujących ciemną materię. Zespół stwierdził, że modelowane przez nich widma mocy są do pewnego momentu zgodne z przewidywaniami teoretycznymi modelu lambda zimnej ciemnej materii (standardowego modelu Wszechświata). Widma mocy są niekorzystne dla innych modeli, takich jak model ciepłej ciemnej materii, który nie przewiduje struktury zgodnej z tym, co zespół znalazł w małych skalach.

Te nowe wyniki pokazują, że pomiar funkcji jasności UV jest unikalną, potężną techniką badania natury ciemnej materii. Nowo wystrzelony JWST oraz Kosmiczny Teleskop Grace Roman, który ma zostać wystrzelony w połowie 2027 roku, będą obserwować galaktyki znajdujące się dalej w historii Wszechświata i badać halo ciemnej materii w mniejszych skalach, co sprawia, że jest to ekscytujący czas dla astronomów zajmujących się ciemną materią!

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono