Ciemna materia we wczesnym Wszechświecie zmapowana dzięki obserwacji galaktyk

Astronomowie zaobserwowali jak zmieniały się galaktyki w czasie, co pozwoliło lepiej zrozumieć jak rozłożona była ciemna materia we wczesnym Wszechświecie.

Astronomowie odkryli dowody na to, jak rozszerzają się galaktyki, śledząc niewidzialną strukturę wszechświata stworzoną przez tajemniczą substancję znaną jako ciemna materia.

W ramach nowego badania, naukowcy z Rutgers University, wykorzystali największy jak dotąd spis specjalnych galaktyk zwanych emiterami Lyman-alfa (Lyman-alpha emitters), które emitują specjalną linię spektralną wodoru, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób galaktyki zmieniały swoją objętość przez miliardy lat. Dzięki temu uzyskali lepsze zrozumienie związku galaktyk z otaczającą je ciemną materią oraz ich ewolucji w czasie. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”

„Analiza tych śladów pozwala nam uzyskać wgląd w masę ciemnej materii otaczającej galaktyki. To co odkryliśmy było zgodne z koncepcją, że galaktyki emitujące promieniowanie Lyman-alfa ewoluowały w obecne galaktyki, takie jak nasza Droga Mleczna” – mówi Eric Gawiser z Rutgers University.

Analiza, w której uwzględniono obrazy z początków Wszechświata tuż po Wielkim Wybuchu, ujawniła wyraźne wzorce, przypominające kosmiczne odciski palców. Naukowcy twierdzą, że ślady te wskazują miejsca największej koncentracji ciemnej materii.

Ciemna materia, to jak tłumaczą astronomowie, tajemnicza substancja, która nie emituje światła ani energii, jest niewidoczna, ale według naukowców stanowi większość materii istniejącej we Wszechświecie. Badacze wiedzą o jej istnieniu, ponieważ jej grawitacja wpływa na ruch galaktyk i ich rozmieszczenie w przestrzeni.

Naukowcy wykorzystali dane z badania ODIN (One-hundred-square-degree DECam Imaging in Narrowbands), które jest projektem astronomicznym mającym na celu analizę ponad 100 tysięcy emiterów Lyman-alfa.

Astronomowie skupili się na danych zebranych z obszaru nieba znanego jako Cosmic Evolution Survey Deep Field (COSMOS), pozyskanych w ramach jednego z największych badań głębokiego nieba, jakie kiedykolwiek przeprowadzono. Spoglądając w głąb kosmosu i odległej przeszłości, przyjrzeli się trzem okresom czasowym, około 2,8 miliarda, 2,1 miliarda i 1,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

W tych okresach galaktyki emitery Lyman-alfa były młode i aktywnie tworzyły gwiazdy, co czyniło je idealnymi obiektami do badań. Zawierają one również wodór, który emituje specjalną poświatę, co pozwala naukowcom odkrywać ich większe ilości w odległym Wszechświecie.

„Chcieliśmy znaleźć ciemną materię, której grawitacja powoduje łączenie się i wzrost galaktyk. Zrozumienie, gdzie się ona znajduje i jak ewoluowała, pomaga nam zrozumieć, jak ewoluował sam Wszechświat” – tłumaczy Dani Herrera z Rutgers University.

Zdaniem badaczy, ciemna materia odgrywa kluczową rolę w tworzeniu galaktyk, działając jak grawitacyjny „klej”, który pomaga zbierać gaz w celu utworzenia tych obiektów. Jej niewidzialna masa tworzy głębokie studnie w przestrzeni, w których galaktyki mogą rosnąć, łączyć się i ewoluować, tworząc wielkoskalową strukturę Wszechświata.

„Wykorzystaliśmy skupisko tych szczególnych galaktyk, aby zidentyfikować miejsca, w których ciemna materia była najgęstsza. Co pozwoliło nam zmapować to jak rozmieszczona byłą ciemna materia we wczesnym Wszechświecie” – twierdzi Eric Gawiser.

Naukowcy odkryli, że od 3 do 7 proc. gęstych obszarów ciemnej materii, w których mogą powstawać galaktyki, zawiera emitery Lyman-alfa. Oznacza to, że stanowią one niewielki odsetek galaktyk powstających w miejscach o największej gęstości ciemnej materii.

Naukowcy twierdzą, że badania te nie tylko pogłębiają zrozumienie ewolucji galaktyk, ale także pomagają udoskonalić modele struktury Wszechświata. Astronomowie mają nadzieję, że analizy zostaną rozszerzone na większą liczbę galaktyk, co da pełniejszy obraz tego jak wygląda kosmos.

„Chociaż ciemna materia jest niewidoczna dla naszych teleskopów, kształtuje ona Wszechświat poprzez interakcje z materiałami widzialnymi. Podczas gdy niektórzy badacze próbują zrozumieć, czym ona jest, inni, tacy jak my, próbują zrozumieć, gdzie się znajduje i co to oznacza dla ewolucji Wszechświata” – podsumowuje Eric Gawiser.

Emil Gołoś