Астрономы, используя самый первый свет Вселенной, составили самую подробную карту таинственной тёмной материи, и данное «новаторское» изображение, возможно, ещё раз доказало правоту Эйнштейна.
Новое изображение, сделанное с использованием света 14-миллиардной давности от бурных последствий Большого взрыва, показывает огромные щупальца материи, которые образовались вскоре после того, как Вселенная взорвалась. Оказывается, формы этих усиков удивительно похожи на те, которые были предсказаны с помощью общей теории относительности Эйнштейна.
Новый результат противоречит предыдущим картам тёмной материи, которые предполагали, что космическая паутина — гигантская сеть пересекающихся небесных супермагистралей, вымощенных газообразным водородом и тёмной материей, которая охватывает Вселенную, — менее комковатая, чем предсказывала теория Эйнштейна. Астрономы представили свои выводы 11 апреля на конференции Future Science with CMB x LSS в Японском институте теоретической физики имени Юкавы.
«Мы составили новую карту масс, используя искажения света, оставшиеся после Большого взрыва, — заявил Мэтью Мадхавачерил (Mathew Madhavacheril), космолог из Университета Пенсильвании. — Примечательно, что он обеспечивает измерения, которые показывают, как «комковатость» Вселенной, так и скорость, с которой она растёт после 14 миллиардов лет эволюции, — это именно то, чего можно было бы ожидать от нашей стандартной модели космологии, основанной на теории гравитации Эйнштейна.»
Учёные считают, что Вселенная, образовавшаяся после Большого взрыва, изобиловала частицами материи и антиматерии, которые идентичны своим аналогам из материи, но имеют противоположные электрические заряды.
Поскольку материя и антиматерия при столкновении друг друга аннигилируют, если бы они были созданы в равной мере, вся материя Вселенной должна была бы аннигилировать. Однако быстро расширяющаяся ткань пространства-времени, наряду с некоторыми полезными квантовыми флуктуациями, сохранила очаги первичной плазмы Вселенной нетронутыми.
Затем, в соответствии с правилами, установленными теорией относительности Эйнштейна, гравитация сжала и нагрела эти плазменные карманы так, что звуковые волны, называемые барионными акустическими колебаниями, распространились от сгустков наружу со скоростью, равной половине скорости света. Эти гигантские волны выталкивали материю, которая ещё не была втянута в себя, создавая новорожденную космическую паутину: серию тонких плёнок, окружающих бесчисленные космические пустоты, внешне напоминающих гнездо из мыльных пузырей в раковине.
Как только эта материя остыла, она объединилась в первые звёзды, которые в местах встречи запутанных нитей паутины объединились в богатые материей галактики.
Но в прошлом астрономы, изучавшие космическую паутину, обнаружили то, что казалось огромным несоответствием — материя была распределена значительно более равномерно и менее комковато, чем ожидалось. Это был зловещий знак того, что в существующих космологических моделях отсутствует важная физика.
Чтобы разобраться в этом очевидном несоответствии, исследователи обратились к космологическому телескопу Atacama (ACT) Национального научного фонда США (NSF) в Чили, который просканировал четверть всего ночного неба с 2007 по 2022 год. Используя свой невероятно чувствительный микроволновый детектор, телескоп уловил свет от космического микроволнового фонового излучения (CMB) — самый первый свет во Вселенной, появившийся всего через 380 тыс. лет после Большого взрыва — и использовал процесс, называемый гравитационным линзированием, для отображения концентраций материи в CMB.
Гравитационное линзирование — это явление, при котором свет, движущийся через область пространства-времени, искривлённую мощными гравитационными полями, проходит по кривой — искривляясь и скручиваясь через гигантское кривое зеркало, пока не превращается в вытянутую дугу, называемую кольцом Эйнштейна. Гравитационное линзирование позволяет обнаружить тёмную материю, которая составляет 85% материи Вселенной, но не может наблюдаться напрямую.
Новая карта противоречит предыдущим картам, составленным с использованием видимого света галактик, и показала, что первоначальная теория Эйнштейна была гораздо точнее, чем предполагалось ранее.
Что это означает для нашего общего представления о ранней эволюции космоса, пока говорить слишком рано, но исследователи предполагают, что дополнительные карты, составленные с использованием данных ACT и свежих наблюдений обсерватории Саймонса — строящегося телескопа в пустыне Атакама, который может сканировать небо в 10 раз быстрее, чем ACT, — могли бы, наконец, разрешить загадочную космическую загадку.
