暗物质的新地图验证了爱因斯坦的引力理论
研究人员可以清楚地看到这个横跨数亿光年的无形世界的特征。
上图:质量更多(橙色)和更少(紫色)的区域显示了暗物质在宇宙中的分布。
科学家利用智利阿塔卡马宇宙望远镜的数据,绘制了一幅暗物质在天空四分之一的分布图。
这张地图显示了各个区域的质量分布,基本上是我们可以看到的最早的时间;它使用宇宙微波背景作为暗物质肖像的背景。该团队的研究将在日本京都举行的未来科学与 CMB x LSS 会议上公布。
剑桥大学宇宙学家布莱克舍温(Blake Sherwin)在普林斯顿大学的一份新闻稿中说:我们已经绘制了天空中最遥远的、看不见的暗物质的地图,并清楚地看到了这个数亿光年宽的看不见的世界的特征。它看起来就像我们的理论预测的那样。
暗物质是一个包罗万象的术语,指的是占宇宙27%的物质,但它不能直接观测到。我们只知道它在那里,不管它是什么,因为它的引力效应。
人们通过两种主要 *** 来探测暗物质:基于地球的实验和对宇宙的全面观测。有很多实验试图在大量提出的暗物质候选者中识别暗物质,包括轴子和弱相互作用大质量粒子(WIMPs)。
但观测暗物质的唯一 *** 是间接的,即在大尺度上观测它的引力效应。进入阿塔卡马宇宙学望远镜,它更精确地确定了2021年的宇宙。该望远镜的地图建立在今年早些时候发布的宇宙物质地图的基础上,该地图是使用暗能量巡天和南极望远镜的数据 *** 的。这张地图支持了之前对普通物质与暗物质比例的估计,并发现物质的分布不像之前想象的那么呈块状。
这幅新地图关注的是爱因斯坦广义相对论的一个挥之不去的问题:宇宙中质量更大的物体,比如超大质量黑洞,是如何弯曲来自更遥远源头的光的。其中一个光源就是宇宙微波背景光,这是最古老的可探测光,它来自大爆炸的余波。
研究人员有效地利用背景作为背光,照亮宇宙中密度更大的区域。
阿塔卡马宇宙学望远镜主任、普林斯顿物理学家苏珊娜斯塔格斯(Suzanne Staggs)在大学发布会上说:这有点像剪影,但剪影中不只是黑色,而是有纹理和暗物质块,就好像光穿过一块有很多结和疙瘩的织物窗帘。
物理学家苏珊娜斯塔格斯补充说:著名的蓝色和黄色 CMB 图像是宇宙在大约130亿年前一个时代的快照,现在它为我们提供了自那以后所有时代的信息。
上图:欧洲航天局普朗克天文台观测到的宇宙微波背景。
最近的分析表明,暗物质是块状的,足以符合宇宙学的标准模型,该模型都依赖于爱因斯坦的引力理论。
夏威夷大学的天文学家埃里克巴克斯特(Eric Baxter)是2月份暗物质地图研究的合著者,他表示,他的团队的地图对低红移(意味着在最近的宇宙中接近)很敏感。另一方面,新的地图只关注宇宙微波背景的透镜,这意味着更高的红移和更广泛的范围。
天文学家埃里克巴克斯特说:换句话说,我们的测量和新的ACT测量正在探测物质分布的不同(和互补)方面。因此,新的结果并没有与我们之前的结果相矛盾,而是可能提供了一个重要的新拼图,关于我们的标准宇宙学模型可能存在的差异。
巴克斯特补充说:也许宇宙在小尺度和最近的时间里(即我们分析的星系)比预期的要小,但与早期和更大尺度的预期是一致的。
新的仪器将有助于梳理出宇宙的物质分布。根据普林斯顿发布的消息,阿塔卡马西蒙斯天文台即将推出的望远镜将于2024年开始运行,绘制天空地图的速度将比阿塔卡马宇宙学望远镜快近10倍。
有史以来更大的数码相机将安装在同样位于阿塔卡马的维拉鲁宾天文台,这对地球上的天文台来说是一个激动人心的时刻。