Komunikat prasowy

Ciemna materia może być bardziej gładko rozmieszczona niż oczekiwano

Dokładne badania dużego obszaru na niebie, sfotografowanego przez VST, ujawniły intrygujący rezultat

7 grudnia 2016

Analizy nowego, olbrzymiego przeglądu galaktyk, wykonanego przy pomocy teleskopu VST w Chile, sugerują, że ciemna materia może być mniej gęsta i bardziej równomiernie rozmieszczona w przestrzeni kosmicznej, niż do tej pory przypuszczano. Międzynarodowy zespół użył danych z przeglądu Kilo Degree Survey (KiDS) do zbadania, w jaki sposób światło od około 15 milionów odległych galaktyk jest zaburzane przez grawitacyjny wpływ materii w wielkich skalach we Wszechświecie. Wyniki są niezgodne z wcześniejszymi rezultatami z satelity Planck.

Hendrik Hildebrandt z Argelander-Institut für Astronomie w Bonn (Niemcy) i Massimo Viola z Leiden Observatory w Holandii, kierowali zespołem astronomów [1] z instytucji na całym świecie, który analizował obrazy z przeglądu Kilo Degree Survey (KiDS), wykonanego przy pomocy VLT Survey Telescope (VST), należącego do ESO teleskopu w Chile. Do swoich badań naukowcy użyli zdjęć z przeglądu, które pokrywały pięć obszarów na niebie, o łącznym obszarze około 2200 razy większym niż tarcza Księżyca w pełni [2] i obejmującym około 15 milionów galaktyk.

Dzięki wykorzystaniu znakomitej jakości obrazów dostępnych dla VST w Paranal i używając innowacyjnego oprogramowania komputerowego, zespół był w stanie przeprowadzić jedne z najbardziej precyzyjnych pomiarów dokonanych w historii badań nad efektem znanym jako „cosmic shear” ("kosmiczne ścinanie"). Jest to subtelny wariant słabego soczewkowania grawitacyjnego, w którym światło emitowane od odległych galaktyk jest minimalnie zaburzane przez grawitacyjny efekt od olbrzymich ilości ciemnej materii, takich jak w gromadach galaktyk.

W efekcie „cosmic shear” to nie gromady galaktyk, ale wielkoskalowe struktury we Wszechświecie, zaburzają światło, co daje jeszcze mniejszy efekt. Bardzo szerokie i głębokie przeglądy nieba, takie jak KiDS, są potrzebne do tego, aby słaby sygnał od „cosmic shear” był wystarczająco silny do dokonania pomiarów i użyteczny dla astronomów wykonujących mapy rozmieszczenia materii grawitującej. Niniejsze badania obejmują największy obszar nieba, dla którego jak dotąd opracowano mapy tą techniką.

Co intrygujące, wyniki analiz wydają się niezgodne z wnioskami z rezultatów satelity Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej, wiodącej misji kosmicznej do badania fundamentalnych własności Wszechświata. W szczególności, pomiary zespołu KiDS dotyczące zgęszczeń materii we Wszechświecie – kluczowego parametru kosmologicznego — są znacząco niższe niż wartość ustalona z danych Plancka [3].

Massimo Viola wyjaśnia: „Najnowszy wynik wskazuje, że ciemna materia w kosmicznej sieci, która odpowiada za około jedną czwartą zawartości Wszechświata, tworzy mniejsze zgęszczenia niż do tej pory zakładano.”

Ciemna materia pozostaje nieuchwytna dla prób wykrycia, jej obecność jest wnioskowana jedyne na podstawie efektów grawitacyjnych. Badania takie jak powyższe, są obecnie najlepszym sposobem na ustalenie kształtu, skali i rozmieszczenia tej niewidzialnej materii.

Zaskakujący wynik badań ma także implikacje dla szerszego zrozumienia Wszechświata i jego ewolucji w trakcie prawie 14 miliardów lat historii. Tak wyraźna niezgodność z wcześniej uzyskanymi wynikami z Plancka oznacza, że astronomowie będą musieli przeformułować swoje zrozumienie niektórych fundamentalnych aspektów rozwoju Wszechświata.

Hendrik Hildebrandt komentuje: „Nasze wyniki pozwolą lepiej udoskonalić modele teoretyczne tego, w jaki sposób Wszechświat rozwijał się od samego początku do czasów obecnych.”

Analiza KiDS dla danych z VST jest ważnym krokiem, ale oczekuje się, że przyszłe teleskopy dokonają jeszcze szerszych i głębszych przeglądów nieba.

Współkierująca badaniami, Catherine Heymans z University of Edinburgh w Wielkiej Brytanii dodaje: „Wyjaśnianie co zdarzyło się od Wielkiego Wybuchu jest skomplikowanym wyzwaniem, ale kontynuując badania odległego kosmosu, możemy zbudować obraz tego, w jaki sposób nasz współczesny Wszechświat ewoluował.”

„Widzimy w tym momencie intrygującą rozbieżność z kosmologią Plancka. Przyszłe misje, takie jak satelita Euclid i Large Synoptic Survey Telescope, pozwolą powtórzyć te pomiary i lepiej zrozumieć co naprawdę chce nam powiedzieć Wszechświat” podsumowuje Konrad Kuijken (Leiden Observatory, Holandia), kierownik przeglądu KiDS.

Uwagi

[1] Międzynarodowy zespół badawczy KiDS obejmuje naukowców z Niemiec, Holandii, Wielkiej Brytanii, Australii, Włoch, Malty i Kanady.

[2] Odpowiada to około 450 stopniom kwadratowym, albo nieco więcej niż 1% całego nieba.

[3] Zmierzony parametr nosi nazwę S₈. Jego wartość jest kombinacją rozmiaru fluktuacji gęstości oraz średniej gęstości fragmentu Wszechświata. Wielkie fluktuacje w mniej gęstych częściach Wszechświata dają podobny efekt jak te o mniejszej amplitudzie w gęstszych rejonach. Obu tych przypadków nie da się rozróżnić przy pomocy obserwacji słabego soczewkowania. Liczba 8 odnosi się do rozmiaru komórki 8 megaparseków, która zgodnie z konwencją jest używana w tego typu badaniach.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt.: „KiDS-450: Cosmological parameter constraints from tomographic weak gravitational lensing”, H. Hildebrandt et al., który ukaże się w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Skład zespołu badawczego: H. Hildebrandt (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Niemcy), M. Viola (Leiden Observatory, Leiden University, Lejda, Holandia), C. Heymans (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edynburg, Wielka Brytania), S. Joudaki (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), K. Kuijken (Leiden Observatory, Leiden University, Lejda, Holandia), C. Blake (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), T. Erben (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Niemcy), B. Joachimi (University College London, Londyn, Wielka Brytania), D Klaes (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Niemcy), L. Miller (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Wielka Brytania), C.B. Morrison (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Niemcy), R. Nakajima (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Niemcy), G. Verdoes Kleijn (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Holandia), A. Amon (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edynburg, Wielka Brytania), A. Choi (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edynburg, Wielka Brytania), G. Covone (Department of Physics, University of Napoli Federico II, Neapol, Włochy), J.T.A. de Jong (Leiden Observatory, Leiden University, Lejda, Holandia), A. Dvornik (Leiden Observatory, Leiden University, Lejda, Holandia), I. Fenech Conti (Institute of Space Sciences and Astronomy (ISSA), University of Malta, Msida, Malta; Department of Physics, University of Malta, Msida, Malta), A. Grado (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Neapol, Włochy), J. Harnois-Déraps (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edynburg, Wielka Brytania; Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), R. Herbonnet (Leiden Observatory, Leiden University, Lejda, Holandia), H. Hoekstra (Leiden Observatory, Leiden University, Lejda, Holandia), F. Köhlinger (Leiden Observatory, Leiden University, Lejda, Holandia), J. McFarland (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Holandia), A. Mead (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), J. Merten (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Wielka Brytania), N. Napolitano (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Neapol, Włochy), J.A. Peacock (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edynburg, Wielka Brytania), M. Radovich (INAF – Osservatorio Astronomico di Padova, Padwa, Włochy), P. Schneider (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Niemcy), P. Simon (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Niemcy), E.A. Valentijn (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Holandia), J.L. van den Busch (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Niemcy), E. van Uitert (University College London, Londyn, Wielka Brytania) oraz L. van Waerbeke (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VST

Kontakt

Hendrik Hildebrandt
Argelander-Institut für Astronomie
Bonn, Germany
Tel.: +49 228 73 1772
E-mail: hendrik@astro.uni-bonn.de

Massimo Viola
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel.: +31 (0)71 527 8442
E-mail: viola@strw.leidenuniv.nl

Catherine Heymans
Institute for Astronomy, University of Edinburgh
Edinburgh, United Kingdom
Tel.: +44 131 668 8301
E-mail: heymans@roe.ac.uk

Konrad Kuijken
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel.: +31 715275848
Tel. kom.: +31 628956539
E-mail: kuijken@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei Munchen, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych