Тъмната материя: Айнщайн отново беше прав

А строномите са направили най-подробната карта правена някога на мистериозната тъмна материя, използвайки първата светлина на Вселената, а революционното изображение вероятно е доказателство, че Айнщайн е прав за пореден път.

Новото изображение, направено с помощта на светлина на 14 милиарда години, резултат от бурните последствия след Големия взрив, показва нишките материята, образували се малко след избухването на Вселената. Оказва се, че формите на тези нишки са забележително близки до тези, предсказани от теорията на Айнщайн за относителността.

The Big Bang at 75 - https://t.co/LsMxdwWOEU #Astronomy #Astrophysics #BigBang #Neutrino pic.twitter.com/GNS6aBpR8U

— TechnologyOrg (@TechnologyOrg) April 4, 2023

Новите резултати противоречат на предишни карти на тъмната материя, според които космическата мрежа - гигантската мрежа от пресичащи се небесни „супермагистрали“, изградени от газ, водород и тъмна материя, която обхваща Вселената - била по-малко тромава, отколкото прогнозирала теорията на Айнщайн. Астрономите представиха своите открития на 11 април на конференцията Future Science с CMB x LSS в японския институт за теоретична физика Юкава.

„Направихме нова карта, използвайки изкривяванията на светлината, останалa от Големия взрив“, каза в изявление Матю Мадхавачерил, космолог от Университета в Пенсилвания. „Забележително е, че тези изкривявания позволяват да бъдат измерени „плътността“ на Вселената и скоростта, с която расте 14 милиарда години по-късно. Точно това е, което нашия стандартен модел на космология, базиран на теорията на Айнщайн за гравитацията също показва."

Gravitational lensing helps see the invisible dark matter.
Astrophysicists-cosmologists from international institutes, including Surhud More IUCAA, have characterized the structure of dark matter in the Universe using images taken from the Subaru telescope in Hawai’i. pic.twitter.com/CeLtIyrUNQ

— Inter-University Centre for Astronomy&Astrophysics (@IUCAAstro) April 5, 2023

Учените смятат, че Вселената, образувала се след Големия взрив, е гъмжала от материя, както и от частици антиматерия, идентични с материята, но с противоположен електрически заряд.

Тъй като материята и антиматерията се унищожават една друга, когато се сблъскат, ако и двете съществуваха в еднакво съотношение, цялата материя на Вселената щеше да бъде унищожена. Бързо разширяващата се тъкан на пространство-времето обаче, заедно с някои полезни квантови флуктуации, са запазили първичната плазма на Вселената непокътната, обясняват учените. 

След това, съгласно правилата, на теорията на относителността на Айнщайн, гравитацията компресирала и нагрявала тази плазма, така че звуковите вълни - наречени барионни акустични трептения - се разпръснали с половината от скоростта на светлината. Тези гигантски вълни изтласквали материя, която още не била засмукана от себе си, създавайки зачатъчната космическа мрежа: тънки слоеве филм, заобикалящи безброй космически „празнини“, подобно „гнездо“ от сапунени мехурчета в мивката.

След като тази материя се охладила, образувала първите звезди, които се обединили в галактики в точките където нишките на мрежата се срещали.

Light produced just 380,000 years after the Big Bang was warped by the universe's dark matter exactly the way Einstein predicted it would be. https://t.co/DLk2YBLUxk

— How It Works (@HowItWorksmag) April 12, 2023

Но в миналото астрономите, изучаващи космическата мрежа, открили нещо, което породило огромно несъответствие - материята била значително по-равномерно разпределена и по-малко „тромава“ от очакваното. Това показало, че в съществуващите космологични модели липсват важни физични закони.

За да проучат това несъответствие, изследователите се обърнали към космологичния телескоп Atacama (ACT) на Националната научна фондация на САЩ (NSF) в Чили, с който сканирали една четвърт от цялото нощно небе от 2007 до 2022 г. Използвайки своя невероятно чувствителен детектор, телескопът уловил светлина от космическото микровълново фоново лъчение (CMB) - първата светлина на Вселената, създадена само 380 000 години след Големия взрив - и с гравитационна леща картографирал концентрациите на материя в CMB.

Гравитационните лещи са феномен, при който светлината, движейки се през пространство-времето, се изкривява от мощните гравитационни полета, минавайки през гигантско криво огледало, докато се появи като разтегната дъга, наречена пръстен на Айнщайн. Гравитационните лещи могат да засекат тъмната материя, която съставлява 85% от материята на Вселената, но не може да се наблюдава директно.

It is estimated that the observable universe is 13.77 billion years old (plus or minus 40 million years). Can a 14 billion year old being made of light, dark energy, or dark matter be a "God" to us? Sure. "Faith" has its basis on solid science. But religious bigotry does not. pic.twitter.com/zF474kn8pS

— Angel (Ask the Chief) (@DavilaAngelsd1) January 9, 2022

Новата карта противоречи на предишните, правени с видимата светлина от галактики, и показа, че оригиналната теория на Айнщайн е много по-точна, отколкото се смяташе първоначално.

Какво означава това за цялостната ни представа за ранната еволюция на космоса, все още е твърде рано да се каже, но изследователите предполагат, че допълнителните карти, направени с помощта на данните от ACT и новите наблюдения от обсерваторията Саймънс, в която се изгражда телескоп, с който може да се сканира небето 10 пъти по-бързо от ACT, най-накрая може да разреши озадачаващата космическа мистерия.