Den mest detaljerade kartan av mörk materia över vårt universum är konstigt jämn

Victor M. Blanco-teleskopets kupol i Chile. Reidar Hahn, Fermilab

Att försöka beskriva mörk materia är som att försöka beskriva ett spöke som bor i ditt hus. Du kan inte se det alls, men vad du burk se är allt det rör på sig. Och den enda förklaringen är en osynlig kraft som du inte kan observera eller mäta eller interagera med direkt.

Vi vet att mörk materia existerar eftersom vi kan observera dess effekter på allt som virvlar runt i universum. Forskare uppskattar att cirka 27% av universum består av mörk materia (68% är mörk energi, och de sista 5% är vanlig materia och energi). Frågorna på allas sinne: Var exakt finns allt det svårfångade? Och hur är det fördelat över hela universum?

Ett internationellt projekt med över 400 forskare kallat Dark Energy Survey arbetar med att besvara dem. Den har just släppt den största och mest detaljerade kartan över mörk materia i universum – med några oväntade fynd som ännu inte prydligt överensstämmer med idéer inom fysiken som går tillbaka till Albert Einstein och hans allmänna relativitetsteori.

DES är ett försök att avbilda så många galaxer som möjligt som en proxy för att kartlägga mörk materia, vilket är möjligt eftersom mörk materias gravitation spelar en stark roll i att styra hur dessa galaxer fördelas. Från augusti 2013 till januari 2019 samlades dussintals efter dussintals forskare för att använda det fyra meter långa Victor M. Blanco-teleskopet i Chile för att undersöka himlen i nära infrarött ljus.

Det finns två nycklar för att skapa kartan. Den första är helt enkelt att observera platsen och fördelningen av galaxer i hela universum. Det arrangemanget visar forskarna var de största koncentrationerna av mörk materia finns.

Den andra är att observera gravitationslinser, ett fenomen där ljuset som sänds ut av galaxer är gravitationsmässigt utsträckt av mörk materia när det rör sig genom rymden. Effekten liknar att titta genom ett förstoringsglas. Forskare använder gravitationslinser för att sluta sig till hur mycket utrymme i närheten av mörk materia tar upp. Ju mer förvrängt ljuset är, desto klumpigare är mörk materia.

De senaste resultaten tar hänsyn till de tre första åren av DES-data, och visar mer än 226 miljoner galaxer som observerats under 345 nätter. Vi kan nu kartlägga mörk materia över en fjärdedel av södra halvklotet, säger Niall Jeffrey, forskare från University College London och École Normale Supérieure i Paris, en av DES-projektet som leder.

Omfattningen av DES mörk materia karta över himlen hittills, efter de senaste fynden. De ljusa fläckarna representerar de högsta koncentrationerna av mörk materia, medan mörkare områden indikerar låga densiteter.

MÖRK ENERGI UNDERSÖKNING

I allmänhet stämmer data överens med den så kallade standardmodellen för kosmologi, som hävdar att universum skapades i Big Bang och att dess totala massenergiinnehåll är 95% mörk materia och mörk energi. Och den nya kartan gav forskare en mer detaljerad titt på några stora mörka materiastrukturer i universum som annars förblir osynliga för oss. De ljusaste fläckarna på kartan representerar de högsta koncentrationerna av mörk materia, och de bildar kluster och glorier runt tomrum med mycket låg densitet.

Men vissa resultat var överraskande. Vi hittade antydningar om att universum är jämnare än väntat, säger Jeffrey. Dessa tips ses också i andra experiment med gravitationslinser.

Detta är inte vad som förutsägs av den allmänna relativitetsteorien, som antyder att mörk materia borde vara mer klumpig och mindre likformigt fördelad. Författarna skriver i en av de 30 tidningarna släpps att även om bevisen inte på något sätt är definitiva, börjar vi kanske se antydningar om ny fysik. För kosmologer skulle detta motsvara att eventuellt ändra gravitationslagarna som beskrivits av Einstein, säger Jeffrey.

Även om konsekvenserna är enorma, är försiktighet ytterst, eftersom vi fortfarande faktiskt vet så lite om mörk materia (något vi ännu inte har observerat direkt). Till exempel noterar Jeffrey att om närliggande galaxer bildas i en linje på ett konstigt sätt på grund av komplex astrofysik, så skulle våra linsresultat vilseledas.

Med andra ord kan det mycket väl finnas några exotiska förklaringar till resultaten - kanske redogörelse för dem på sätt som är förenliga med allmän relativitet. Det skulle vara en enorm lättnad för alla astrofysiker vars hela livsverk bygger på att Einstein är, ja, korrekt. Och låt oss inte glömma: den allmänna relativitetsteorien har klarat sig anmärkningsvärt bra vartannat prov som har kastats på det genom åren.

Resultaten slår redan vågor, även med flera fler DES-datasläpp på gång. Astronomer använder redan dessa kartor för att studera strukturerna i det kosmiska nätet och förstå sambandet mellan galaxer och mörk materia bättre, säger Jeffrey. Vi kanske inte behöver vänta för länge för att ta reda på om resultaten verkligen är en blip eller om vår förståelse av universum behöver en massiv omskrivning.

Dölj