Det mest detaljerte kartet av mørk materie over universet vårt er merkelig glatt

Victor M. Blanco-teleskopkuppelen i Chile. Reidar Hahn, Fermilab

Å prøve å beskrive mørk materie er som å prøve å beskrive et spøkelse som bor i huset ditt. Du kan ikke se det i det hele tatt, men hva du kan se er alle tingene den beveger seg rundt. Og den eneste forklaringen er en usynlig kraft du ikke kan observere eller måle eller samhandle med direkte.

Vi vet at mørk materie eksisterer fordi vi kan observere dens virkninger på alt det som virvler rundt i universet. Forskere anslår at rundt 27 % av universet er laget av mørk materie (68 % er mørk energi, og de siste 5 % er vanlig materie og energi). Spørsmålene til alles sinn: Hvor er akkurat alle de unnvikende tingene plassert? Og hvordan er det fordelt over hele universet?

Et internasjonalt prosjekt med over 400 forskere kalt Dark Energy Survey jobber med å svare på dem. Den har nettopp gitt ut det største og mest detaljerte kartet over mørk materie i universet – med noen uventede funn som ennå ikke er pent på linje med ideer i fysikk som dateres helt tilbake til Albert Einstein og hans generelle relativitetsteori.

DES er et forsøk på å avbilde så mange galakser som mulig som en proxy for å kartlegge mørk materie, noe som er mulig fordi mørk materies tyngdekraft spiller en sterk rolle i å styre hvordan disse galaksene er distribuert. Fra august 2013 til januar 2019 kom dusinvis på dusinvis av forskere sammen for å bruke det fire meter lange Victor M. Blanco-teleskopet i Chile for å kartlegge himmelen i nær infrarødt lys.

Det er to nøkler for å lage kartet. Den første er ganske enkelt å observere plasseringen og distribusjonen av galakser i hele universet. Denne ordningen viser forskerne til hvor de største konsentrasjonene av mørk materie er lokalisert.

Den andre er å observere gravitasjonslinser, et fenomen der lyset som sendes ut av galakser blir gravitasjonsmessig strukket av mørk materie når det beveger seg gjennom verdensrommet. Effekten ligner på å se gjennom et forstørrelsesglass. Forskere bruker gravitasjonslinser for å utlede hvor mye plass i nærheten av mørk materie tar opp. Jo mer forvrengt lyset er, desto klumpere er den mørke materien.

De siste resultatene tar hensyn til de tre første årene med DES-data, og viser mer enn 226 millioner galakser observert over 345 netter. Vi er nå i stand til å kartlegge mørk materie over en fjerdedel av den sørlige halvkule, sier Niall Jeffrey, en forsker fra University College London og École Normale Supérieure i Paris, en av DES-prosjektet som leder.

Omfanget av DES mørk materie kart over himmelen så langt, etter de siste funnene. De lyse flekkene representerer de høyeste konsentrasjonene av mørk materie, mens mørkere områder indikerer lave tettheter.

MØRK ENERGIUNDERSØKELSE

Generelt stemmer dataene overens med den såkalte standardmodellen for kosmologi, som antyder at universet ble skapt i Big Bang og at dets totale masseenergiinnhold er 95 % mørk materie og mørk energi. Og det nye kartet ga forskerne en mer detaljert titt på noen enorme mørk materie-strukturer i universet som ellers forblir usynlige for oss. De lyseste flekkene på kartet representerer de høyeste konsentrasjonene av mørk materie, og de danner klynger og glorier rundt hulrom med svært lav tetthet.

Men noen resultater var overraskende. Vi fant hint om at universet er jevnere enn forventet, sier Jeffrey. Disse hintene sees også i andre eksperimenter med gravitasjonslinse.

Dette er ikke det som er spådd av generell relativitet, som antyder at mørk materie bør være mer klumpete og mindre jevnt fordelt. Forfatterne skriver i en av de 30 avisene blir utgitt at selv om bevisene på ingen måte er definitive, begynner vi kanskje å se hint av ny fysikk. For kosmologer vil dette tilsvare å muligens endre tyngdelovene som beskrevet av Einstein, sier Jeffrey.

Selv om implikasjonene er enorme, er forsiktighet overordnet, fordi vi fortsatt faktisk vet så lite om mørk materie (noe vi ennå ikke har observert direkte). For eksempel bemerker Jeffrey at hvis nærliggende galakser dannes i en justering på en merkelig måte på grunn av kompleks astrofysikk, vil linseresultatene våre bli villedet.

Med andre ord kan det meget vel være noen eksotiske forklaringer på resultatene – kanskje redegjørelse for dem på måter som er forenelige med generell relativitet. Det ville være en stor lettelse for enhver astrofysiker hvis hele livsverk er basert på at Einstein er, vel, korrekt. Og la oss ikke glemme: den generelle relativitetsteorien har holdt seg bemerkelsesverdig godt annenhver test som har blitt kastet på det opp gjennom årene.

Resultatene skaper allerede bølger, selv med flere flere DES-datautgivelser som venter. Allerede bruker astronomer disse kartene for å studere strukturene til det kosmiske nettet og forstå sammenhengen mellom galakser og mørk materie bedre, sier Jeffrey. Det kan hende vi ikke trenger å vente for lenge for å finne ut om resultatene virkelig er en blip eller om vår forståelse av universet trenger en massiv omskriving.

gjemme seg