Dark Matter har været noget af et mysterium, lige siden det først blev foreslået. Ud over at forsøge at finde nogle direkte bevis på dens eksistens har forskere også brugt de sidste par årtier på at udvikle teoretiske modeller for at forklare, hvordan det fungerer. I de senere år har den populære opfattelse været, at Dark Matter er "koldt" og distribueret i klumper over hele Universet, en observation understøttet af Planck-missionens data.
En ny undersøgelse produceret af et internationalt team af forskere maler imidlertid et andet billede. Ved hjælp af data fra Kilo Degree Survey (KiDS) studerede disse forskere, hvordan lyset fra millioner af fjerne galakser blev påvirket af den tyngdekraftige indflydelse af stof på den største skala. Hvad de fandt var, at Dark Matter ser ud til at være mere jævnt fordelt over hele rummet end tidligere antaget.
I de sidste fem år har KiDS-undersøgelsen anvendt VLT Survey Telescope (VST) - det største teleskop ved ESOs La Silla Paranal Observatory i Chile - til at undersøge 1500 kvadrat grader af den sydlige nattehimmel. Dette rumfang er blevet overvåget i fire bånd (UV, IR, grønt og rødt) ved hjælp af svag gravitationslinse og fotometrisk måling af rødskift.
I overensstemmelse med Einsteins teori om generel relativitet involverer gravitationslinsering, hvordan gravitationsfeltet til et massivt objekt bøjer lys. I mellemtiden forsøger rødskift at måle den hastighed, hvormed andre galakser bevæger sig væk fra vores ved at måle, i hvilket omfang deres lys forskydes mod den røde ende af spektret (dvs. dens bølgelængde bliver længere, jo hurtigere kilden bevæger sig væk).
Gravitationslinsering er især nyttig, når det kommer til at bestemme, hvordan universet blev. Vores nuværende kosmologiske model, kendt som Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM) model, siger, at Dark Energy er ansvarlig for den sene tid acceleration i udvidelsen af universet, og at Dark Matter er sammensat af massive partikler, der er ansvarlige til dannelse af kosmologisk struktur.
Ved hjælp af en lille variation på denne teknik, der er kendt som kosmisk ren, studerede forskerteamet lys fra fjerne galakser for at bestemme, hvordan det er fordrejet af tilstedeværelsen af de største strukturer i universet (såsom superklynger og filamenter). Som Dr. Hendrik Hildebrandt - en astronom fra Argelander Institute for Astronomy (AIfA) og hovedforfatteren af papiret - fortalte Space Magazine via e-mail:
”Normalt tænker man på en stor masse som en galakse-klynge, der forårsager denne lysafbøjning. Men der er også stof overalt i hele universet. Lyset fra fjerne galakser bliver afbøjet kontinuerligt af denne såkaldte storskala-struktur. Dette resulterer i, at galakser, der er tæt på himlen, "peger" i samme retning. Det er en lille virkning, men det kan måles med statistiske metoder fra store prøver af galakser. Når vi har målt, hvor stærkt galakser “peger” i samme retning, kan vi udlede de statistiske egenskaber for den store skala, f.eks. middelstoftætheden og hvor stærkt stoffet er samlet / samlet. ”
Ved hjælp af denne teknik gennemførte forskerteamet en analyse af 450 kvadratgrader KiDS-data, hvilket svarer til ca. 1% af hele himlen. Inden for dette rumvolumen blev det observeret, hvordan lyset fra ca. 15 millioner galakser interagerede med alt det stof, der ligger mellem dem og Jorden.
Ved at kombinere de ekstremt skarpe billeder opnået af VST med avanceret computersoftware var teamet i stand til at udføre en af de mest præcise målinger nogensinde foretaget af kosmisk forskydning. Interessant nok var resultaterne ikke i overensstemmelse med dem, der blev produceret af ESAs Planck-mission, som hidtil har været den mest omfattende kortlægning af universet.
Planck-missionen har leveret nogle vidunderligt detaljerede og præcise oplysninger om den kosmiske mikrobølgeovnbaggrund (CMB). Dette har hjulpet astronomer med at kortlægge det tidlige univers samt udvikle teorier om, hvordan stof blev distribueret i denne periode. Som Hildebrandt forklarede:
”Planck måler mange kosmologiske parametre med udsøgt præcision fra temperaturudsvingene i den kosmiske mikrobølgebakgrund, dvs. fysiske processer, der skete 400.000 år efter Big Bang. To af disse parametre er universets gennemsnitlige massetæthed og et mål for, hvor stærkt denne sag klumpes sammen. Med kosmisk forskydning måler vi også disse to parametre, men en meget senere kosmisk tid (for et par milliarder år siden eller ~ 10 milliarder år efter Big Bang), dvs. i vores nyere fortid. ”
Hildebrandt og hans team fandt imidlertid værdier for disse parametre, der var markant lavere end dem, der blev fundet af Planck. Grundlæggende tyder deres kosmiske forskydningsresultater på, at der er mindre stof i universet, og at det er mindre samlet end hvad Planck-resultaterne forudsagde. Disse resultater vil sandsynligvis have indflydelse på kosmologiske studier og teoretisk fysik i de kommende år.
Som det står, forbliver Dark Matter ikke detekterbar ved hjælp af standardmetoder. Ligesom sorte huller kan dens eksistens kun udledes af de observerbare gravitationseffekter, det har på synlige stoffer. I dette tilfælde måles dets tilstedeværelse og grundlæggende karakter ud fra, hvordan det har påvirket universets udvikling i de sidste 13,8 milliarder år. Men da resultaterne ser ud til at være modstridende, er astronomer muligvis nu nødt til at overveje nogle af deres tidligere holdte forestillinger.
”Der er flere muligheder: fordi vi ikke forstår de dominerende ingredienser i universet (mørkt stof og mørk energi), kan vi lege med begge egenskaber,” sagde Hildebrandt. ”For eksempel kunne forskellige former for mørk energi (mere kompleks end den enkleste mulighed, som er Einsteins“ kosmologiske konstant ”) forklare vores målinger. En anden spændende mulighed er, at dette er et tegn på, at tyngdekraften på universets skala er forskellig fra den generelle relativitet. Alt, hvad vi kan sige i øjeblikket, er, at noget ser ud til ikke at være rigtigt! ”
