Znanstvenici su otkrili distribuciju tamne tvari oko galaksija prije 12 milijardi godina

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Outra descoberta inovadora dos seis vencedores do Prêmio Nobel da Universidade de Nagoya olha para partes do espaço mais longe do que nunca. Em colaboração com a Universidade de Tóquio e a Universidade de Princeton, os pesquisadores revelaram como observaram a formação de matéria escura em torno de galáxias há 12 bilhões de anos, usando resíduos de radiação do Big Bang. ver eventos que aconteceram há muito tempo. Devido à velocidade limitada da luz, a equipe observou galáxias distantes em sua história pré-bilhões de anos, em vez de seu estado atual. Observar a matéria escura, que não produz luz, é ainda mais desafiador.

Considere uma galáxia fonte distante que é ainda mais remota que a galáxia alvo para estudar sua matéria escura. Conforme previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein, a atração gravitacional da galáxia em primeiro plano, incluindo sua matéria escura, distorce o espaço e o tempo circundantes. A forma aparente da galáxia é alterada como resultado da curvatura da luz da galáxia fonte ao passar pela distorção. A distorção aumenta com a quantidade de matéria escura. Por causa da distorção, os pesquisadores podem calcular a quantidade de matéria escura na vizinhança da galáxia em primeiro plano (também conhecida como a galáxia “lente”).

Além de um certo ponto, surge um problema: Galáxias são extremamente obscuras nos confins do universo. Como resultado, essa estratégia fica menos bem-sucedida à medida que olhamos mais longe da Terra. Deve haver muitas galáxias de fundo para identificar o sinal porque a distorção da lente é tipicamente modesta e difícil de detectar.

A maioria dos estudos está presa nos mesmos limites. Além de serem incapazes de identificar galáxias de origem distantes o suficiente para medir a distorção, os cientistas só puderam analisar a matéria escura de não mais de 8-10 bilhões de anos atrás.

Essas limitações deixaram em aberto a questão da distribuição da matéria escura entre esta época e 13,7 bilhões de anos atrás, em torno do início do nosso universo.

Os pesquisadores neste estudo contornam este problema usando dados do Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC) observações. Eles poderiam detectar 1,5 milhão de galáxias de lentes usando luz visível, selecionadas para serem vistas 12 bilhões de anos atrás. um jeito. Eles usaram especialmente as micro-ondas observadas pelo satélite Planck da Agência Espacial Européia para quantificar a matéria escura ao redor das galáxias de lentes distorcidas pelas micro-ondas. )“Olhe para a matéria escura em torno de galáxias distantes? Foi uma ideia maluca. Ninguém percebeu que poderíamos fazer isso. Mas depois que falei sobre uma grande amostra de galáxias distantes, Hironao veio até mim e disse que talvez fosse possível olhar para a matéria escura ao redor dessas galáxias com o CMB.”

O professor assistente Yuichi Harikane, do Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos, da Universidade de Tóquio, disse: “A maioria dos pesquisadores usa galáxias de origem para medir a distribuição de matéria escura desde o presente até oito bilhões de anos atrás. No entanto, podemos olhar mais para o passado porque usamos o CMB mais distante para medir a matéria escura. Pela primeira vez, medimos a matéria escura quase desde os primeiros momentos do universo.”

Após uma análise preliminar, os pesquisadores logo perceberam que tinham uma grande amostra suficiente para detectar a distribuição da matéria escura. Combinando a grande amostra de galáxias distantes e as distorções de lente no CMB, eles detectaram matéria escura ainda mais atrás no tempo, de 12 bilhões de anos atrás. Isso ocorre apenas 1,7 bilhão de anos após o início do universo; assim, essas galáxias são vistas logo após terem se formado.

O professor assistente designado pela KMI, Hironao Miyatake, disse: “Fiquei feliz que abrimos uma nova janela para aquela era. 12 bilhões de anos atrás, as coisas eram muito diferentes. Você vê mais galáxias no processo de formação do que atualmente; os primeiros aglomerados de galáxias também estão começando a se formar. Aglomerados de galáxias compreendem 100-1000 galáxias ligadas pela gravidade com grandes quantidades de matéria escura.”

Neta Bahcall, Professor de Astronomia Eugene Higgins, professor de ciências astrofísicas e diretor de estudos de graduação na Universidade de Princeton, disse: “Este resultado fornece uma imagem muito consistente das galáxias e sua evolução, bem como a matéria escura dentro e ao redor das galáxias, e como essa imagem evolui com o tempo.”

Uma das descobertas mais empolgantes dos pesquisadores foi relacionada à aglomeração da matéria escura. De acordo com a teoria padrão da cosmologia, o modelo Lambda-CDM, flutuações sutis na CMB formam pools de matéria densamente compactada, atraindo a matéria circundante através da gravidade. Isso cria aglomerados não homogêneos que formam estrelas e galáxias nessas regiões densas. As descobertas do grupo sugerem que sua medição de aglomeração foi menor do que o previsto pelo modelo Lambda-CDM.

Miyatake disse, “Nossa descoberta ainda é incerta. Mas se for verdade, isso sugeriria que todo o modelo é falho à medida que você volta no tempo. Isso é empolgante porque se o resultado se mantiver após a redução das incertezas, pode sugerir uma melhoria do modelo que pode fornecer informações sobre a natureza da própria matéria escura.”

Andrés Plazas Malagón, pesquisador associado da Universidade de Princeton, disse, “Neste ponto, tentaremos obter dados melhores para ver se o modelo Lambda-CDM pode explicar nossas observações no universo. E a consequência pode ser que precisemos revisitar as suposições que entraram nesse modelo.”

Michael Strauss, professor e presidente do Departamento de Ciências Astrofísicas da Princeton University, disse, “Um dos pontos fortes de olhar para o universo usando pesquisas em grande escala, como as usadas nesta pesquisa, é que você pode estudar tudo o que vê nas imagens resultantes, de asteróides próximos em nosso sistema solar para as galáxias mais distantes do universo primitivo. Você pode usar os mesmos dados para explorar muitas novas questões.”

Referenca časopisa:

    Hironao Miyatake, Yuichi Harikane, et al. Primeira Identificação de um Sinal de Lente CMB Produzido por 1,5 Milhões de Galáxias em z∼4: Restrições nas Flutuações de Densidade da Matéria em Alto Redshift. Física Rev. Lett. 129, 061301 – Publicado em 1º de agosto de 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061301

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