De meest gedetailleerde donkere-materiekaart van ons universum is bizar glad

De Victor M. Blanco Telescope-koepel in Chili. Reidar Hahn, Fermilab

Donkere materie proberen te beschrijven is als proberen een geest te beschrijven die in je huis woont. Je kunt het helemaal niet zien, maar wat je kan zie is alle dingen die het beweegt. En de enige verklaring is een onzichtbare kracht die je niet direct kunt observeren of meten of waarmee je interactie hebt.

We weten dat donkere materie bestaat omdat we de effecten ervan kunnen waarnemen op al het materiaal dat in het universum ronddraait. Wetenschappers schatten dat ongeveer 27% van het universum bestaat uit donkere materie (68% is donkere energie en de laatste 5% is gewone materie en energie). De vragen die iedereen bezighoudt: waar bevinden al die ongrijpbare dingen zich precies? En hoe is het verspreid over het heelal?

Een internationaal project van meer dan 400 wetenschappers, de Dark Energy Survey genaamd, werkt eraan om deze te beantwoorden. Het heeft zojuist de grootste en meest gedetailleerde kaart van donkere materie in het universum vrijgegeven - met enkele onverwachte bevindingen die nog niet netjes aansluiten bij ideeën in de natuurkunde die helemaal teruggaan tot Albert Einstein en zijn algemene relativiteitstheorie.

De DES is een poging om zoveel mogelijk sterrenstelsels in beeld te brengen als een proxy voor het in kaart brengen van donkere materie, wat mogelijk is omdat de zwaartekracht van donkere materie een grote rol speelt bij het bepalen hoe deze sterrenstelsels worden verdeeld. Van augustus 2013 tot januari 2019 kwamen tientallen en tientallen wetenschappers samen om de vier meter lange Victor M. Blanco-telescoop in Chili te gebruiken om de hemel in nabij-infrarood te onderzoeken.

Er zijn twee sleutels om de kaart te maken. De eerste is simpelweg het observeren van de locatie en distributie van sterrenstelsels door het universum. Die opstelling geeft wetenschappers aanwijzingen waar de grootste concentraties donkere materie zich bevinden.

De tweede is het observeren van zwaartekrachtlenzen, een fenomeen waarbij het licht dat door sterrenstelsels wordt uitgestraald, door de zwaartekracht wordt uitgerekt door donkere materie terwijl het door de ruimte beweegt. Het effect is vergelijkbaar met kijken door een vergrootglas. Wetenschappers gebruiken zwaartekrachtlenzen om af te leiden hoeveel werkelijke ruimte nabij donkere materie in beslag neemt. Hoe meer het licht vervormd is, hoe klonteriger de donkere materie.

De laatste resultaten houden rekening met de eerste drie jaar van DES-gegevens, met meer dan 226 miljoen sterrenstelsels waargenomen gedurende 345 nachten. We zijn nu in staat donkere materie op een kwart van het zuidelijk halfrond in kaart te brengen, zegt Niall Jeffrey, een onderzoeker van University College London en École Normale Supérieure in Parijs, een van de projectleiders van DES.

De omvang van de DES-kaart met donkere materie van de lucht tot nu toe, na de laatste bevindingen. De heldere vlekken vertegenwoordigen de hoogste concentraties donkere materie, terwijl donkere gebieden lage dichtheden aangeven.

DONKERE ENERGIE-ONDERZOEK

Over het algemeen komen de gegevens overeen met het zogenaamde standaardmodel van de kosmologie, dat stelt dat het universum tijdens de oerknal is ontstaan ​​en dat de totale massa-energie-inhoud 95% donkere materie en donkere energie is. En de nieuwe kaart gaf wetenschappers een meer gedetailleerde kijk op enkele enorme donkere materie-structuren van het universum die anders onzichtbaar voor ons zouden blijven. De helderste plekken op de kaart vertegenwoordigen de hoogste concentraties donkere materie, en ze vormen clusters en halo's rond holtes met een zeer lage dichtheid.

Maar sommige resultaten waren verrassend. We hebben aanwijzingen gevonden dat het universum gladder is dan verwacht, zegt Jeffrey. Deze hints worden ook gezien in andere zwaartekrachtlensexperimenten.

Dit is niet wat wordt voorspeld door de algemene relativiteitstheorie, die suggereert dat donkere materie meer klonterig en minder uniform verdeeld zou moeten zijn. De auteurs schrijven in een van de 30 kranten wordt vrijgegeven dat hoewel het bewijs geenszins definitief is, we misschien hints van nieuwe fysica beginnen te zien. Voor kosmologen zou dit overeenkomen met het mogelijk veranderen van de wetten van de zwaartekracht zoals beschreven door Einstein, zegt Jeffrey.

Hoewel de implicaties enorm zijn, is voorzichtigheid geboden, omdat we eigenlijk nog zo weinig weten over donkere materie (iets dat we nog niet direct kunnen waarnemen). Jeffrey merkt bijvoorbeeld op dat als nabije sterrenstelsels zich op een vreemde manier in een uitlijning vormen als gevolg van complexe astrofysica, onze lensresultaten zouden worden misleid.

Met andere woorden, er kunnen heel goed enkele exotische verklaringen voor de resultaten zijn - misschien ze verantwoorden op een manier die verenigbaar is met de algemene relativiteitstheorie. Dat zou een enorme opluchting zijn voor elke astrofysicus wiens hele levenswerk erop is gebaseerd dat Einstein, nou ja, gelijk heeft. En laten we niet vergeten: de algemene relativiteitstheorie heeft opmerkelijk goed stand gehouden om elke andere test dat is er in de loop der jaren tegenaan gegooid.

De resultaten maken al furore, zelfs met nog een aantal DES-gegevensreleases in afwachting. Nu al gebruiken astronomen deze kaarten om de structuren van het kosmische web te bestuderen en het verband tussen sterrenstelsels en donkere materie beter te begrijpen, zegt Jeffrey. We hoeven misschien niet al te lang te wachten om erachter te komen of de resultaten echt een blip zijn of dat ons begrip van het universum een ​​enorme herschrijving nodig heeft.

zich verstoppen