Dark Matter har vært noe av et mysterium helt siden det først ble foreslått. I tillegg til å prøve å finne noen direkte bevis på dens eksistens, har forskere også brukt de siste tiårene på å utvikle teoretiske modeller for å forklare hvordan det fungerer. De siste årene har den populære forestillingen vært at Dark Matter er “kald”, og distribuert i klumper over hele universet, en observasjon støttet av Planck-oppdragsdataene.
Imidlertid maler en ny studie produsert av et internasjonalt team av forskere et annet bilde. Ved å bruke data fra Kilo Degree Survey (KiDS), studerte disse forskerne hvordan lyset fra millioner av fjerne galakser ble påvirket av tyngdekraften av materien på den største skalaen. Det de fant var at Dark Matter ser ut til å være mer jevn fordelt over hele rommet enn tidligere antatt.
De siste fem årene har KiDS-undersøkelsen brukt VLT Survey Telescope (VST) - det største teleskopet ved ESOs La Silla Paranal Observatory i Chile - for å kartlegge 1500 kvadratgrader av den sørlige nattehimmelen. Dette volumet av plass er blitt overvåket i fire bånd (UV, IR, grønt og rødt) ved bruk av svake gravitasjonslinser og fotometriske målinger av rødskift.
I samsvar med Einsteins teori om generell relativitet, involverer gravitasjonslinsing hvordan gravitasjonsfeltet til en massiv gjenstand bøyer lys. I mellomtiden prøver rødskift å måle hastigheten som andre galakser beveger seg bort fra vår ved å måle i hvilken grad lyset deres blir forskjøvet mot den røde enden av spekteret (dvs. at bølgelengden blir lengre jo raskere kilden beveger seg bort).
Gravitasjonslinsing er spesielt nyttig når det gjelder å bestemme hvordan universet ble til. Vår nåværende kosmologiske modell, kjent som Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM) -modell, sier at Dark Energy er ansvarlig for den sene tidens akselerasjon i utvidelsen av universet, og at Dark Matter består av massive partikler som er ansvarlige for dannelse av kosmologisk struktur.
Ved å bruke en liten variasjon på denne teknikken kjent som kosmisk ren, studerte forskerteamet lys fra fjerne galakser for å bestemme hvordan den er fordreidd av tilstedeværelsen av de største strukturer i universet (for eksempel superklynger og filamenter). Som Dr. Hendrik Hildebrandt - en astronom fra Argelander Institute for Astronomy (AIfA) og hovedforfatter av papiret - fortalte Space Magazine via e-post:
”Vanligvis tenker man på en stor masse som en galakse-klynge som forårsaker denne lysavbøyningen. Men det er også materie over hele universet. Lyset fra fjerne galakser blir kontinuerlig avbøyd av denne såkalte storskala-strukturen. Dette resulterer i at galakser som er nær himmelen, "peker" i samme retning. Det er en liten effekt, men den kan måles med statistiske metoder fra store prøver av galakser. Når vi har målt hvor sterkt galakser “peker” i samme retning, kan vi utlede fra dette de statistiske egenskapene til den store skalaen, f.eks. middelstoffets tetthet og hvor sterkt saken er klumpet / gruppert. "
Ved hjelp av denne teknikken gjennomførte forskerteamet en analyse av 450 kvadratgrader KiDS-data, som tilsvarer omtrent 1% av hele himmelen. Innenfor dette volumet av rom observerte det hvordan lyset fra omtrent 15 millioner galakser samhandlet med alt det som ligger mellom dem og jorden.
Ved å kombinere de ekstremt skarpe bildene som ble oppnådd av VST med avansert dataprogramvare, var teamet i stand til å utføre en av de mest presise målingene som noen gang er gjort av kosmisk skjær. Interessant nok var resultatene ikke i samsvar med resultatene som ble produsert av ESAs Planck-oppdrag, som hittil har vært den mest omfattende kartleggingen av universet.
Planck-oppdraget har gitt en fantastisk detaljert og nøyaktig informasjon om den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB). Dette har hjulpet astronomer med å kartlegge det tidlige universet, samt utvikle teorier om hvordan materie ble distribuert i løpet av denne perioden. Som Hildebrandt forklarte:
“Planck måler mange kosmologiske parametere med utsøkt presisjon fra temperatursvingningene i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, dvs. fysiske prosesser som skjedde 400 000 år etter Big Bang. To av disse parametrene er universets middels tetthet og et mål på hvor sterkt denne saken er samlet. Med kosmisk skjær måler vi også disse to parameterne, men en mye senere kosmisk tid (for noen milliarder år siden eller ~ 10 milliarder år etter Big Bang), dvs. i vår nyere fortid. ”
Imidlertid fant Hildebrandt og teamet hans verdier for disse parametrene som var betydelig lavere enn de som ble funnet av Planck. I utgangspunktet antyder deres kosmiske skjærresultater at det er mindre materie i universet, og at det er mindre gruppert enn hva Planck-resultatene spådde. Disse resultatene vil sannsynligvis ha innvirkning på kosmologiske studier og teoretisk fysikk de kommende årene.
Som det fremstår, Dark Matter forblir umerkelig ved bruk av standardmetoder. Som sorte hull, kan dens eksistens bare utledes av de observerbare gravitasjonseffektene det har på synlig materie. I dette tilfellet måles dets tilstedeværelse og den grunnleggende karakter av hvordan det har påvirket universets utvikling de siste 13,8 milliarder årene. Men siden resultatene ser ut til å være motstridende, kan astronomer nå måtte revurdere noen av sine tidligere holdte forestillinger.
"Det er flere alternativer: fordi vi ikke forstår de dominerende ingrediensene i universet (mørk materie og mørk energi), kan vi leke med egenskapene til begge deler," sa Hildebrandt. "For eksempel kan forskjellige former for mørk energi (mer komplisert enn den enkleste muligheten, som er Einsteins" kosmologiske konstant ") forklare målingene våre. En annen spennende mulighet er at dette er et tegn på at tyngdelovene på universets skala er forskjellige fra General Relativity. Alt vi kan si for nå er at noe ser ut til å være ikke helt riktig! ”
