Тази седмица екип от астрономи, включително от Чикагския университет и Националната ускорителна лаборатория "Ферми", представи нова карта, която много точно показва разпределението на материята във Вселената.
В картата са използвани данни от два телескопа - телескопа, използван за изследването на тъмната енергия (DES - Dark Energy Survey), и телескопа на Южния полюс (SPT - South Pole Telescope).
Повече от 150 астрономи работят по анализа на данните от DES и SPT, а резултатите се появяват в три статии (вж. линковете най-долу).
Когато Вселената се е формирала преди 13,8 милиарда години с Големия взрив, материята се задвижва заедно с разширяващото се пространство и се охлажда. Тук-там материята се е "струпвала" под въздействието на гравитацията, създавайки области, в които е имало повече материя, и области, в които е имало по-малко материя.
Учените проследяват пътя на тази материя - като видят къде е стигнала цялата материя, те могат да се опитат да пресъздадат какво се е случило и какви сили е трябвало да участват.
Пукнатина в стандартния космологичен модел ΛCDM
Анализът на данните от DES, SPT, както и от европейския спътник "Планк", позволява на учените да направят извода къде се е озовала цялата материя във Вселената. Данните са по-прецизни от предишните измервания.
През последните седем години DES изследва галактиките от планински връх в Чили, а телескопът на Южния полюс SPT - търси слабите следи от радиация, които все още пътуват по небето от първите няколко мига на Вселената - космическото микровълново фоново лъчение. Така се прави кръстосана проверка, така че се получава много по-сигурно измерване, отколкото ако се използва едното или другото.
И в двата случая анализът разглежда явление, наречено гравитационна леща, при което светлината от далечни обекти се отклонява под въздействието на масата на обекти с много гравитация като галактиките.
Този метод улавя както обикновената материя, така и тъмната материя – загадъчната форма на материя, която се открива само заради нейните ефекти върху обикновената материя – тъй като и обикновената, и тъмната материя упражняват гравитация.
По-голямата част от резултатите съвпадат перфектно с приетата в момента най-добра теория за Вселената - стандартният космологичен модел ΛCDM (съкратено от Lambda-Cold Dark Matter).
Но в един случай това не е така: изглежда, че в сегашната Вселена има малко по-малко флуктуации, отколкото се предвижда според модела ΛCDM, че тя има по-малко струпвания.
„Изглежда, че има малко по-малко колебания в настоящата вселена, отколкото бихме предвидили, ако приемем, че нашият стандартен космологичен модел определя и ранната вселена“, каза съавторът на анализа и астрофизикът от Хавайския университет Ерик Бакстър (Eric Baxter).
Тоест, ако се направи модел, включващ всички приети в момента физични закони, след това се вземат показанията от началото на Вселената и се екстраполират напред във времето, резултатите изглеждат малко по-различни от това, което всъщност се вижда днес.
Астрономите обозначават тази степен на струпване с термина сигма 8 или σ8. На свой ред този параметър е свързан с количеството материя във Вселената (Ωm, количеството тъмна и обикновена материя) чрез уравнението S8≡σ8(Ωm/0,3)0,5.
Анализът показва, че Ωm=0,306 (останалите 70% от Вселената са тъмна енергия) и S8=0,792.
Е, отклонения от модела ΛCDM са откривани и преди. Ако това отклонение от σ8 се запази дори при бъдещи измервания, това може да означава, че нещо липсва в модела ΛCDM, но резултатите все още не са на статистическото ниво, което учените смятат за абсолютно сигурни. Това ще изисква допълнително проучване.
Моделът ΛCDM
Според стандартния космологичен модел ΛCDM Вселената е изпълнена не само с наблюдаваната барионна материя, но и с тъмна енергия заедно със студена тъмна материя, а делът на последната в общата маса-енергия на наблюдаваната Вселена е 95%. Тъмната материя в нея е хипотетична форма на материята, която обяснява ефектите на скритата маса, а тъмната енергия е форма на енергия, която води до отблъскване на масивните тела и обяснява ускореното разширяване на Вселената. За потенциално обяснение на природата на тъмната материя и тъмната енергия е необходимо да се излезе отвъд Стандартния модел в рамките на физиката на частиците, тъй като той не предсказва съществуването на тъмните компоненти на Вселената.
Scientists release newly accurate map of all the matter in the universe, University of Chicago
Y. Omori et al. (DES and SPT Collaborations), “Joint analysis of Dark Energy Survey Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck. I. Construction of CMB lensing maps and modeling choices,” Phys. Rev. D 107, 023529 (2023).
C. Chang et al. (DES and SPT Collaborations), “Joint analysis of Dark Energy Survey Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck. II. Cross-correlation measurements and cosmological constraints,” Phys. Rev. D 107, 023530 (2023).
T. M. C. Abbott et al. (DES and SPT Collaborations), “Joint analysis of Dark Energy Survey Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck. III. Combined cosmological constraints,” Phys. Rev. D 107, 023531 (2023).
