Mørkt stof kan være glattere end forventet

Analyse af en gigantisk ny galakseundersøgelse, lavet med ESO's VLT Survey Telescope i Chile, antyder, at mørkt stof kan være mindre tæt og mere jævnt fordelt i rummet end tidligere antaget. Et internationalt hold brugte data fra Kilo Degree Survey (KiDS) til at studere, hvordan lyset fra omkring 15 millioner fjerne galakser blev påvirket af stoffets gravitationspåvirkning på de største skalaer i universet. Resultaterne ser ud til at være uenige med tidligere resultater fra Planck-satellitten.

Hendrik Hildebrandt fra Argelander-Institut für Astronomie i Bonn, Tyskland og Massimo Viola fra Leiden Observatory i Holland ledede et hold af astronomer fra institutioner rundt om i verden, som behandlede billeder fra Kilo Degree Survey (KiDS), som blev lavet med ESO's VLT Survey Telescope (VST) i Chile. Til deres analyse, de brugte billeder fra undersøgelsen, der dækkede fem pletter af himlen, der dækkede et samlet areal på omkring 2200 gange størrelsen af ​​fuldmånen, og indeholder omkring 15 millioner galakser.

Ved at udnytte den udsøgte billedkvalitet, der er tilgængelig for VST på Paranal-stedet, og ved hjælp af innovativ computersoftware, holdet var i stand til at udføre en af ​​de mest præcise målinger, der nogensinde er foretaget af en effekt kendt som kosmisk forskydning. Dette er en subtil variant af svag gravitationslinser, hvor lyset, der udsendes fra fjerne galakser, er let fordrejet af gravitationseffekten af ​​store mængder stof, såsom galaksehobe.

I kosmisk skæring, det er ikke galaksehobe, men store strukturer i universet, der fordrejer lyset, hvilket giver en endnu mindre effekt. Meget brede og dybe undersøgelser, såsom Kids, er nødvendige for at sikre, at det meget svage kosmiske forskydningssignal er stærkt nok til at blive målt og kan bruges af astronomer til at kortlægge fordelingen af ​​graviterende stof. Denne undersøgelse tager det største samlede areal af himlen, der nogensinde er blevet kortlagt med denne teknik hidtil.

Spændende nok, resultaterne af deres analyse synes at være uforenelige med udledninger fra resultaterne af Den Europæiske Rumorganisations Planck-satellit, den førende rummission, der undersøger universets grundlæggende egenskaber. I særdeleshed, KiDS-teamets måling af, hvor klumpet stof er i hele universet – en vigtig kosmologisk parameter – er betydeligt lavere end værdien afledt af Planck-dataene.

Massimo Viola forklarer:"Dette seneste resultat indikerer, at mørkt stof i det kosmiske web, som tegner sig for omkring en fjerdedel af universets indhold, er mindre klumpet, end vi tidligere troede."

Mørkt stof forbliver uhåndgribeligt at opdage, dens tilstedeværelse udledes kun af dens gravitationsvirkninger. Undersøgelser som disse er den bedste nuværende måde at bestemme formen på, omfang og fordeling af dette usynlige materiale.

Det overraskende resultat af denne undersøgelse har også implikationer for vores bredere forståelse af universet, og hvordan den har udviklet sig i løbet af sin næsten 14 milliarder år lange historie. En sådan tilsyneladende uenighed med tidligere etablerede resultater fra Planck betyder, at astronomer nu måske skal omformulere deres forståelse af nogle grundlæggende aspekter af universets udvikling.

Hendrik Hildebrandt kommenterer:"Vores resultater vil hjælpe med at forfine vores teoretiske modeller for, hvordan universet er vokset fra dets begyndelse og frem til i dag."

KiDS-analysen af ​​data fra VST er et vigtigt skridt, men fremtidige teleskoper forventes at tage endnu bredere og dybere undersøgelser af himlen.

Medlederen af ​​undersøgelsen, Catherine Heymans fra University of Edinburgh i Storbritannien tilføjer:"At opklare, hvad der er sket siden Big Bang, er en kompleks udfordring, men ved at fortsætte med at studere de fjerne himmelstrøg, vi kan bygge et billede af, hvordan vores moderne univers har udviklet sig."

"Vi ser en spændende uoverensstemmelse med Planck-kosmologien i øjeblikket. Fremtidige missioner som Euclid-satellitten og Large Synoptic Survey Telescope vil give os mulighed for at gentage disse målinger og bedre forstå, hvad universet virkelig fortæller os, " konkluderer Konrad Kuijken (Leiden Observatorium, Holland), der er hovedefterforsker af KiDS-undersøgelsen.

Denne forskning blev præsenteret i papiret med titlen "KiDS-450:Cosmological parameter constraints from tomography weak gravitational lensing", af H. Hildebrandt et al., at optræde i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .