Ученые создали самую детальную на сегодняшний день карту распределения загадочной темной материи во Вселенной. Составить ее позволили измерения реликтового излучения на телескопе Atacama Cosmology Telescope в Чили. Подробности создатели карты расскажут на научной конференции, проходящей в Киотском университете.
Одной и важнейших загадок современной космологии остается природа так называемой темной материи, на долю которой приходится 85% массы Вселенной. В отличие от обычного, барионного вещества, темную материю нельзя ни обнаружить, ни описать ее свойства, так как она не поглощает, не отражает и не испускает свет. Единственное взаимодействие, в котором она принимает участие — гравитационное. Ученые, работающие в коллаборации Atacama Cosmology Telescope (Чили), с помощью этого мощного инструмента смогли построить карту темной материи, распределенной в четверти видимой Вселенной.
Этот телескоп работает в миллиметровом диапазоне волн и позволяет изучать реликтовое излучение, равномерно заполняющее Вселенную. Оно осталось с эпохи первичной рекомбинации водорода после Большого взрыва 14 млрд лет назад, когда возраст Вселенной составлял всего 380 тыс. лет. «Мы нанесли на карту неба невидимую темную материю и отчетливо увидели особенности этого невидимого мира, простирающиеся на сотни миллионов световых лет. Это выглядит, как и предсказывали наши теории», — пояснил Блейк Шервин, профессор космологии из Кембриджского университета.
Наблюдения позволили проследить, как массивные структуры во Вселенной, в том числе сгустки темной материи, своей гравитацией вносили неоднородности в реликтовое излучение, шедшее до нас 14 млрд лет. Их анализ подтвердил правильность основанных на Общей теории относительности Эйнштейна предположений о том, как подобные структуры формируют неоднородности реликтового излучения и растут со временем.
«Мы создали новую обширную карту, используя искажения света после Большого взрыва. Поразительно, что измерения показали и «комковатую» структуру Вселенной, и скорость, с которой она растет спустя 14 млрд лет после начала эволюции — это то, что мы ожидали увидеть в рамках нашей стандартной модели космологии, основанной на эйнштейновской теории гравитации», — пояснил соавтор работы Мэтью Мадхавачерил из Университета Пенсильвании.
Оранжевые точки на карте соответствуют областям с наибольшей концентрацией темной материи, фиолетовые — с наименьшей. «Мы видим текстуру и сгустки темной материи, как если бы свет проходил через ткань шторы, в которой есть множество узлов и утолщений», — пояснила Сюзанна Стэггс, директор телескопа.
По словам ученых, последние результаты добавят новые идеи в споры о том, что некоторые ученые называют «кризисом в космологии». Шервин считает, что этот кризис связан с тем, что недавние измерения реликтового излучения в действительности фиксировали не его, а фоновое излучение звезд в галактиках, и это привело к ошибочным выводам о том, что темная материя имеет недостаточно комковатую структуру и существующие модели могут оказаться неверными. В действительности же новая карта на основе данных телескопа ACT показала, что характерные размеры неоднородностей темной материи имеют ровно такие размеры, как предсказывает теория. Телескоп ACT, проработавший 15 лет, был выведен из эксплуатации в сентябре 2022 года. Однако ученые еще готовятся к публикации последнего набора наблюдений, полученных на этом инструменте.