Denna vecka släppte forskare med samarbetet Dark Energy Survey (DES) det första i en serie detaljerade kartor som kartlägger fördelningen av mörk materia på grund av dess gravitationseffekter. De nya uppgifterna visar stora filament av mörk materia där synliga galaxer och galaxkluster ligger och kosmiska tomrum där mycket få galaxer bor.
"Vår analys hittills är i linje med vad den nuvarande bilden av universum förutspår," sade Chihway Chang från Swiss Federal Institute of Technology (ETH) i Zürich, en medledare för analysen. "Zooma in på kartorna har vi mätat hur mörk materia omsluter galaxer av olika typer och hur de tillsammans utvecklas över kosmisk tid."
Forskningen och kartorna, som sträcker sig över ett stort himmelområde, är en produkt av en massiv insats av ett internationellt team från USA, Storbritannien, Spanien, Tyskland, Schweiz och Brasilien. De tillkännagav sina nya resultat vid American Physical Society (APS) -mötet i Baltimore, Maryland.
Enligt kosmologer strömmar och klumpar samman mörka ämnen över tid i vissa områden i kosmos, ofta på samma platser där galaxer bildas och kluster. Med tiden utvecklas en "kosmisk webb" över hela universum. Även om mörk materia är osynlig, expanderar den med universum och känner tyngdkraften. Astrofysiker kan sedan rekonstruera kartor över den genom att kartlägga miljoner galaxer, ungefär som man kan dra slutsatsen att en fågelflock växlar från dess skugga som rör sig längs marken.
DES-forskare skapade kartorna med en av världens starkaste digitalkameror, den 570-megapixel Dark Energy Camera (DECam), som är särskilt känslig för ljuset från avlägsna galaxer. Det är monterat på det 4 meter långa teleskopet Victor M. Blanco, beläget vid Cerro Tololo interamerikanska observatorium i norra Chile. Var och en av dess bilder registrerar data från ett område som är 20 gånger månens storlek sett från jorden.
DECam samlar dessutom in data nästan tio gånger snabbare än tidigare maskiner. Enligt David Bacon, vid University of Portsmouths Institute of Cosmology and Gravitation, "Detta tillåter oss att stirra djupare in i rymden och se effekterna av mörk materia och mörk energi med större tydlighet. Ironiskt nog, även om dessa mörka enheter utgör 96% av vårt universum, att se dem är svårt och kräver stora mängder data. "
Teleskopet och dess instrument möjliggör exakta mätningar med hjälp av en teknik som kallas "gravitationslinsning." Astrofysiker studerar de små snedvridningarna och skjuvningen av bilder av galaxer på grund av gravitationen av mörk materia runt dem, liknande snedställda bilder av föremål i ett förstoringsglas, förutom att de linsade galaxerna som observerats av DES-forskarna är minst 6 miljarder ljus- år bort.
Chang och Vinu Vikram (Argonne National Laboratory) ledde analysen, med vilken de spårade banan av mörk materia i enastående detalj över 139 kvadratgrader på södra halvklotet. "Vi mätte de knappt märkbara snedvridningarna i formen av cirka 2 miljoner galaxer för att konstruera dessa nya kartor," sade Vikram. Detta uppgår till mindre än 0,4% av hela himlen, men den genomförda DES-undersökningen kartlägger mer än 30 gånger detta område under de närmaste åren.
De lämnade in sitt forskningsdokument för publicering i en kommande nummer av Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society, och DES-teamet släppte det offentligt som en del av en uppsättning papper på arXiv.org-servern på tisdag.
Precisionen och detaljerna i dessa stora sammanhängande kartor som produceras av DES-forskare kommer att möjliggöra tester av andra kosmologiska modeller. "Jag är verkligen upphetsad över vad dessa kartor kommer att berätta om mörk materia i galaxkluster, särskilt med avseende på teorier om modifierad tyngdkraft," säger Robert Nichol (University of Portsmouth). Einsteins tyngdmodell, generell relativitet, kan vara felaktig i stora kosmologiska skalor eller i de tätaste regionerna i universum, och pågående forskning med Dark Energy Survey kommer att underlätta undersökningar av detta.
