Denne uken slapp forskere med Dark Energy Survey (DES) -samarbeidet det første i en serie med detaljerte kart som kartla fordelingen av mørk materie utledet fra dens gravitasjonseffekter. De nye dataene viser store filamenter av mørk materie der synlige galakser og galakse klynger ligger og kosmiske tomrom der svært få galakser bor.
"Analysen vår så langt er i tråd med det nåværende bildet av universet spår," sa Chihway Chang fra det sveitsiske føderale teknologiske instituttet (ETH) i Zürich, en av lederne for analysen. "Zoom inn i kartene, har vi målt hvordan mørk materie omslutter galakser av forskjellige typer og hvordan de sammen utvikler seg over kosmisk tid."
Forskningen og kartene, som spenner over et stort område av himmelen, er resultatet av en massiv innsats fra et internasjonalt team fra USA, Storbritannia, Spania, Tyskland, Sveits og Brasil. De kunngjorde sine nye resultater på American Physical Society (APS) møte i Baltimore, Maryland.
I følge kosmologer strømmer og klumper mørke stoffpartikler seg over tid i bestemte regioner av kosmos, ofte på de samme stedene der galakser dannes og klynges. Over tid utvikler en "kosmisk nett" seg over hele universet. Selv om mørk materie er usynlig, utvides den med universet og kjenner tyngdekraften. Astrofysikere kan da rekonstruere kart over den ved å kartlegge millioner av galakser, omtrent som man kan utlede den skiftende orienteringen til en flokk fugler fra skyggen som beveger seg langs bakken.
DES-forskere laget kartene med et av verdens kraftigste digitale kameraer, det mørke energikameraet på 570 megapiksler (DECam), som er spesielt følsom for lyset fra fjerne galakser. Det er montert på det 4 meter lange teleskopet Victor M. Blanco, som ligger ved Cerro Tololo interamerikanske observatorium i Nord-Chile. Hvert av bildene registrerer data fra et område som er 20 ganger så stor som månen, sett fra jorden.
I tillegg samler DECam inn data nesten ti ganger raskere enn tidligere maskiner. Ifølge David Bacon, ved University of Portsmouths Institute of Cosmology and Gravitation, “Dette lar oss stirre dypere ut i rommet og se effektene av mørk materie og mørk energi med større klarhet. Ironisk nok, selv om disse mørke enhetene utgjør 96% av universet vårt, er det vanskelig å se dem og krever store mengder data. ”
Teleskopet og dets instrumenter muliggjør presise målinger ved bruk av en teknikk som kalles "gravitasjonslinsing." Astrofysikere studerer de små forvrengningene og skjæringen av bilder av galakser på grunn av tyngdekraften av mørk materie rundt seg, lik skjevt bilder av gjenstander i et forstørrelsesglass, bortsett fra at de linsede galakser observert av DES-forskerne er minst 6 milliarder lys- år borte.
Chang og Vinu Vikram (Argonne National Laboratory) ledet analysen, som de sporet banen med mørk materie i enestående detaljer over 139 kvadratgrader av den sørlige halvkule. "Vi målte de knapt synlige forvrengningene i form av rundt 2 millioner galakser for å konstruere disse nye kartene," sa Vikram. Dette utgjør mindre enn 0,4% av hele himmelen, men den gjennomførte DES-undersøkelsen vil kartlegge mer enn 30 ganger dette området i løpet av de neste årene.
De sendte inn forskningsartikler for publisering i en kommende utgave av Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society, og DES-teamet offentliggjorde det offentlig som en del av et sett med papirer på arXiv.org-serveren på tirsdag.
Presisjonen og detaljene i disse store sammenhengende kartene som produseres av DES-forskere, vil gi rom for tester av andre kosmologiske modeller. "Jeg er veldig spent på hva disse kartene vil fortelle oss om mørk materie i galakse-klynger, spesielt med tanke på teorier om modifisert tyngdekraft," sier Robert Nichol (University of Portsmouth). Einsteins modell av tyngdekraft, generell relativitet, kan være feil på store kosmologiske skalaer eller i de tetteste områdene i universet, og pågående forskning med Dark Energy Survey vil lette undersøkelser av dette.
