Dark Matter je záhadou už od svojho prvého návrhu. Vedci sa okrem toho, že sa snažili nájsť nejaké priame dôkazy o svojej existencii, v posledných desaťročiach zaoberali aj vývojom teoretických modelov s cieľom vysvetliť, ako to funguje. V posledných rokoch je populárnou koncepciou, že temná hmota je „studená“ a je distribuovaná v zhlukoch po celom vesmíre, čo je pozorovanie podporované údajmi Planckovej misie.
Nová štúdia vypracovaná medzinárodným tímom vedcov však ukazuje iný obraz. Použitím údajov z prieskumu Kilo stupňa (KiDS), títo vedci študovali, ako bolo svetlo prichádzajúce z miliónov vzdialených galaxií ovplyvnené gravitačným vplyvom hmoty na najväčších mierkach. Zistili, že temná hmota sa zdá byť rovnomerne rozložená v celom priestore, ako sa predtým myslelo.
Prieskum KiDS za posledných päť rokov využíva prieskum VLT Survey Telescope (VST) - najväčší ďalekohľad na observatóriu La Silla Paranal v Čile, ktorý zisťuje 1500 štvorcových stupňov južnej nočnej oblohy. Tento objem priestoru bol monitorovaný v štyroch pásmach (UV, IR, zelený a červený) pomocou slabých gravitačných šošoviek a fotometrického merania červeného posunu.
V súlade s Einsteinovou teóriou všeobecnej relativity zahŕňa gravitačné šošovky štúdium toho, ako gravitačné pole masívneho objektu ohne svetlo. Medzitým sa redshift pokúša zmerať rýchlosť, akou sa iné galaxie pohybujú od nás, meraním rozsahu, v akom sa ich svetlo posúva smerom k červenému koncu spektra (t.j. jeho vlnová dĺžka sa stáva dlhšou, čím rýchlejšie sa zdroj pohybuje).
Gravitačné šošovky sú užitočné najmä pri určovaní toho, ako sa vesmír stal. Náš súčasný kozmologický model, známy ako model Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), uvádza, že temná energia je zodpovedná za neskoré zrýchlenie v expanzii vesmíru a že temná hmota je tvorená masívnymi časticami, ktoré sú zodpovedné na vytvorenie kozmologickej štruktúry.
Výskumný tím pomocou miernej variácie tejto techniky známej ako kozmická číra študoval svetlo zo vzdialených galaxií, aby určil, ako je deformovaná prítomnosťou najväčších štruktúr vo vesmíre (ako sú superkľúče a vlákna). Ako Dr. Hendrik Hildebrandt - astronóm z Argelanderského ústavu pre astronómiu (AIfA) a hlavný autor článku - povedal časopisu Space Magazine e-mailom:
"Jeden zvyčajne myslí na jednu veľkú hmotu ako galaxia, ktorá spôsobuje túto výchylku svetla." Ale je tu tiež hmota po celom vesmíre. Svetlo zo vzdialených galaxií sa touto takzvanou veľkoplošnou štruktúrou neustále vychyľuje. To vedie k tomu, že galaxie, ktoré sú blízko k oblohe, smerujú tým istým smerom. Je to malý efekt, ale dá sa merať pomocou štatistických metód z veľkých vzoriek galaxií. Keď sme zmerali, ako silne galaxie „smerujú“ v rovnakom smere, z toho môžeme odvodiť štatistické vlastnosti štruktúry veľkého rozsahu, napr. stredná hustota hmoty a ako silno je látka zhlukovaná / zoskupená. “
Použitím tejto techniky výskumný tím vykonal analýzu 450 štvorcových stupňov údajov KiDS, čo zodpovedá asi 1% celej oblohy. V tomto objeme priestoru pozorovali, ako svetlo prichádzajúce z asi 15 miliónov galaxií interagovalo so všetkou hmotou, ktorá leží medzi nimi a Zemou.
Kombináciou extrémne ostrých snímok získaných pomocou VST s pokročilým počítačovým softvérom bol tím schopný vykonať jedno z najpresnejších meraní, aké kedy boli urobené z kozmického strihu. Je zaujímavé, že výsledky neboli v súlade s výsledkami, ktoré vyprodukovala misia ESA Planck, ktorá bola doteraz najkomplexnejším mapovačom vesmíru.
Misia Planck poskytla niekoľko úžasne podrobných a presných informácií o kozmickom mikrovlnnom pozadí (CMB). To pomohlo astronómom zmapovať raný vesmír, ako aj rozvíjať teórie o tom, ako sa hmota distribuovala počas tohto obdobia. Ako Hildebrandt vysvetlil:
„Planck meria veľa kozmologických parametrov s vynikajúcou presnosťou z kolísania teploty kozmického mikrovlnného pozadia, t. J. Fyzikálnych procesov, ku ktorým došlo 400 000 rokov po Veľkom tresku. Dva z týchto parametrov sú priemerná hustota hmoty vo vesmíre a miera intenzity zhlukovania tejto hmoty. Pri kozmickom strihu meriame aj tieto dva parametre, ale oveľa neskôr kozmické časy (pred niekoľkými miliardami rokov alebo približne 10 miliárd rokov po Veľkom tresku), t. J. V našej nedávnej minulosti. “
Hildebrandt a jeho tím však našli hodnoty týchto parametrov, ktoré boli výrazne nižšie ako tie, ktoré zistil Planck. Ich výsledky kozmického šmyku v podstate naznačujú, že vo vesmíre je menej hmoty a že je menej zoskupený, než predpokladali Planckove výsledky. Tieto výsledky budú mať pravdepodobne v nadchádzajúcich rokoch vplyv na kozmologické štúdie a teoretickú fyziku.
Za súčasného stavu zostáva temná hmota pomocou štandardných metód nedetegovateľná. Rovnako ako čierne diery, aj jej existenciu možno odvodiť iba od pozorovateľných gravitačných účinkov, ktoré má na viditeľnú hmotu. V tomto prípade sa jeho prítomnosť a základný charakter meria podľa toho, ako ovplyvnil vývoj vesmíru za posledných 13,8 miliárd rokov. Ale keďže sa zdá, že výsledky sú protichodné, astronómovia môžu teraz musieť prehodnotiť niektoré zo svojich pôvodných predstáv.
"Existuje niekoľko možností: Pretože nerozumieme dominantným zložkám vesmíru (temná hmota a temná energia), môžeme si zahrať s vlastnosťami oboch," uviedol Hildebrandt. „Naše merania by mohli vysvetliť napríklad rôzne formy temnej energie (zložitejšie ako najjednoduchšia možnosť, ktorou je Einsteinova„ kozmologická konštanta “). Ďalšou zaujímavou možnosťou je, že je to znamenie, že zákony gravitácie na stupnici vesmíru sa líšia od všeobecnej relativity. Zatiaľ môžeme len povedať, že sa zdá, že niečo nie je úplne v poriadku! “
