Galaxienlinse des CMB. (Reiko Matsushita) Wie wenig wir wissen Dunkle Materie stammt aus Berechnungen, die auf dem Leuchten umgebender Galaxien basieren. Je weiter wir jedoch wegschauen, desto schwächer wird das Sternenlicht, wodurch es schwieriger wird, den subtilen Einfluss dieser geheimnisvollsten aller Kräfte zu erkennen.
Jetzt hat eine Zusammenarbeit zwischen Astronomen aus Japan und den USA einen anderen Weg gefunden, Licht in die ferne Dunkelheit zu bringen, indem sie untersucht hat, wie schattenhafte Massen dunkler Materie das Hintergrundlicht des Kosmos verzerren.
Wie Fotos, die aus einem fahrenden Auto fallen, ist die gesamte Geschichte unseres Universums in den Weiten des Weltraums verschmiert. Um eine Reihe von Meilensteinmomenten zu sehen, müssen wir nur weiter die Autobahn entlang schauen.
Bedauerlicherweise hat die zunehmende Ausdehnung von allem diesen älteren Schnappschüssen nicht gutgetan, da sie ihre Palette an Sternenlicht so weit ausdehnen, dass ihnen so viel Energie entzogen ist, dass sie für uns kaum mehr als glühende Glut zu sein scheinen.
Schade, dass wir sie nicht so sehen können, wie sie sind. Wenn diese frühen Galaxien auch nur annähernd denen ähneln, die wir viel später in der Zeitleiste des Universums sehen, sollten ihre Strukturen von Gravitationstaschen beeinflusst sein, die von … nun ja, wir haben nicht die leiseste Ahnung.
Sie wird nur deshalb Dunkle Materie genannt, weil sie keine Informationen ausstrahlt, die uns etwas über ihre Natur verraten. Es handelt sich wahrscheinlich um eine Art partikelartige Masse mit wenigen Eigenschaften, nicht unähnlich einer Neutrino . Es gibt eine äußere Chance, die es widerspiegelt etwas, das wir missverstanden haben über die Gestaltung von Raum und Zeit.
Kurz gesagt, wir haben immer noch keine konkrete Theorie darüber, wo dieses Phänomen mit der bestehenden Physik zusammenhängt. Eine genaue Messung des Aussehens dieser superalten Halos aus dunkler Materie würde uns also zumindest Aufschluss darüber geben, ob sie sich im Laufe der Zeit verändert haben.
Wir können ihre Gesamtmasse – sowohl unsichtbar als auch leuchtend – nicht durch Messung ihres blassen Lichts abschätzen. Aber es ist möglich, die Art und Weise zu nutzen, wie ihre kollektive Masse das durch den umgebenden Raum strömende Sternenlicht verzerrt.
Diese Linsentechnik funktioniert gut genug für große Galaxiengruppen, die vor etwa 8 bis 10 Milliarden Jahren beobachtet wurden. Je weiter wir jedoch zurückblicken wollen, desto weniger Sternstrahlung gibt es im Hintergrund, die auf Verzerrungen untersucht werden muss.
Laut dem Astrophysiker Hironao Miyatake von der Universität Nagoya und seinen Kollegen gibt es eine weitere Lichtquelle, die wir nutzen könnten, nämlich die kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB).
Stellen Sie sich das CMB als das früheste Foto des neugeborenen Kosmos vor. Das Echo des Lichts, das im Alter von etwa 300.000 Jahren vom Universum freigesetzt wurde, durchdringt heute in Form einer schwachen Strahlung den Weltraum.
Wissenschaftler nutzen subtile Muster in diesem Hintergrundsummen Testen Sie alle möglichen Hypothesen auf der erste kritische Phasen in der Entwicklung des Universums. Es war jedoch eine Premiere, damit die durchschnittliche Masse entfernter Galaxien und die Verteilung der sie umgebenden Halos aus dunkler Materie abzuschätzen.
„Es war eine verrückte Idee.“ „Niemand wusste, dass wir das schaffen könnten“, sagt Masami Ouchi, ein Astrophysiker von der Universität Tokio.
„Aber nachdem ich einen Vortrag über eine große Stichprobe entfernter Galaxien gehalten hatte, kam Hironao zu mir und sagte, dass es möglicherweise möglich sei, mit dem CMB die dunkle Materie um diese Galaxien herum zu untersuchen.“
Hironao und seine Kollegen konzentrierten sich auf eine spezielle Gruppe entfernter sternbildender Objekte namens Lyman-Break-Galaxien .
Anhand einer Stichprobe von fast 1,5 Millionen dieser Objekte, die im Rahmen der Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program-Durchmusterung gesammelt wurde, analysierten sie Muster in der Mikrowellenstrahlung, wie sie vom Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation beobachtet wurden.
Die Ergebnisse lieferten den Forschern eine typische Halo-Masse für Galaxien vor fast 12 Milliarden Jahren, einer Ära, die sich deutlich von der Ära unterschied, die wir heute in unserer näheren Umgebung sehen.
Nach der gängigen kosmologischen Theorie wurde die Entstehung dieser frühen Galaxien größtenteils durch Schwankungen im Raum bestimmt, die die Verklumpung der Materie verstärkten. Interessanterweise spiegeln diese neuen Erkenntnisse früher galaktischer Massen eine Verklumpung der Materie wider, die geringer ist, als derzeit bevorzugte Modelle vorhersagen.
„Unser Befund ist noch ungewiss“, sagt Miyatake. „Aber wenn es wahr ist, würde es darauf hindeuten, dass das gesamte Modell fehlerhaft ist, je weiter man in der Zeit zurückgeht.“
Eine erneute Betrachtung vorhandener Modelle darüber, wie frisch gebackene Elemente zusammenkamen, um die ersten Galaxien zu bilden, könnte Lücken aufdecken, die möglicherweise auch den Ursprung der Dunklen Materie erklären.
So verblasst die Babyfotos des Universums auch sind, es ist klar, dass sie immer noch eine ganze Geschichte darüber zu erzählen haben, wie wir entstanden sind.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .