Seit Jahrtausenden sind die Menschen von den Geheimnissen des Kosmos fasziniert. Von alten Zivilisationen wie den Babyloniern, Griechen und Ägyptern bis hin zu modernen Astronomen hat die Faszination des Sternenhimmels unzählige Suchen inspiriert Lüfte die Geheimnisse des Universums.
Die Forschung der Kollaboration mit dem Atacama Cosmology Telescope hat zu einer bahnbrechenden neuen Karte dunkler Materie geführt, die über ein Viertel des gesamten Himmels verteilt ist und tief in den Kosmos reicht. Die Ergebnisse unterstützen Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die seit mehr als einem Jahrhundert die Grundlage des Standardmodells der Kosmologie bildet, und bieten neue Methoden zur Entmystifizierung der Dunklen Materie. Bildnachweis: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation
Obwohl Modelle zur Erklärung des Kosmos schon seit Jahrhunderten existieren, ist das Gebiet der Kosmologie, in dem Wissenschaftler quantitative Methoden anwenden, um Einblicke in die Entwicklung und Struktur des Universums zu gewinnen, vergleichsweise jung. Ihre Grundlage wurde im frühen 20. Jahrhundert mit der Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein gelegt, die heute als Grundlage für das Standardmodell der Kosmologie dient.
Nun wird eine Reihe von Papieren eingereicht Das astrophysikalische Tagebuch von Forschern aus der Atacama-Kosmologie-Teleskop (ACT) hat ein bahnbrechendes neues Bild enthüllt, das die detaillierteste Karte der Materie zeigt, die über ein Viertel des gesamten Himmels verteilt ist und tief in den Kosmos reicht. Es bestätigt Einsteins Theorie darüber, wie massive Strukturen wachsen und Licht brechen, mit einem Test, der das gesamte Zeitalter des Universums umfasst.
„Wir haben eine neue Massenkarte erstellt, indem wir Lichtverzerrungen verwendet haben, die vom Urknall übrig geblieben sind“, sagt er Mathew Madhavacheril, Hauptautor einer der Arbeiten und Assistenzprofessor in der Institut für Physik und Astronomie at der Universität Pennsylvania. „Bemerkenswerterweise liefert es Messungen, die zeigen, dass sowohl die „Klumpigkeit“ des Universums als auch die Geschwindigkeit, mit der es nach 14 Milliarden Jahren Evolution wächst, genau das sind, was man von unserem Standardmodell der Kosmologie auf der Grundlage von Einsteins Gravitationstheorie erwarten würde .“
Die Autoren stellen fest, dass die Qualität der Klumpigkeit der ungleichmäßigen Verteilung der Dunklen Materie im gesamten Universum zugeschrieben wird und dass ihr Wachstum mit früheren Vorhersagen übereinstimmt. Und obwohl Dunkle Materie 85 % des Universums ausmacht und seine Entwicklung beeinflusst, war sie schwer zu entdecken, weil sie nicht mit Licht oder anderen Formen elektromagnetischer Strahlung interagiert. Soweit wir wissen, interagiert dunkle Materie nur mit der Schwerkraft.
Das von der National Science Foundation finanzierte ACT wurde von der Penn and Princeton University gebaut und begann 2007 mit Beobachtungen, um die schwer fassbare dunkle Materie aufzuspüren Anden, beobachten Sie das Licht, das nach dem Beginn der Entstehung des Universums, dem Urknall, ausstrahlt – als das Universum nur 160 Jahre alt war. Kosmologen bezeichnen dieses diffuse Licht, das unser gesamtes Universum erfüllt, oft als das „Babybild des Universums“, aber formal ist es als kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) bekannt.
Das Team verfolgt, wie die Anziehungskraft großer, schwerer Strukturen, einschließlich dunkler Materie, das CMB auf seiner 14 Milliarden Jahre langen Reise zu uns verzerrt, so wie eine Lupe Licht beugt, wenn es durch seine Linse geht.
„Als wir dieses Experiment im Jahr 2003 vorschlugen, hatten wir keine Vorstellung vom vollen Umfang der Informationen, die von unserem Teleskop extrahiert werden könnten“, sagt er Markus Devlin, Reese-Flower-Professor für Astronomie an der Penn und stellvertretender Direktor von ACT. „Das verdanken wir der Klugheit der Theoretiker, den vielen Menschen, die neue Instrumente gebaut haben, um unser Teleskop empfindlicher zu machen, und den neuen Analysetechniken, die unser Team entwickelt hat mit."
Penn-Forscher Gary Bernstein und Bhuvnesh Jaina haben Forschungen zur Kartierung dunkler Materie geleitet, indem sie sichtbares Licht verwendet haben, das von relativ nahen Galaxien emittiert wird, im Gegensatz zu Licht vom CMB. „Interessanterweise haben wir festgestellt, dass die Materie etwas weniger klumpig ist, als die einfachste Theorie vorhersagt“, sagt Jain. „Die schöne Arbeit von Mark und Mathew am CMB stimmt jedoch perfekt mit der Theorie überein.“
Bildnachweis: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation
„Die beeindruckenden ACT-Karten der dunklen Materie grenzen die Zeiten und Orte stark ein, an denen die einfachste Theorie schief gehen könnte“, sagt Bernstein. „Eine Spekulation ist, dass ein neues Merkmal der Schwerkraft oder der dunklen Energie erst in den letzten paar Milliarden Jahren auftaucht, nach der Ära, die ACT misst.“
ACT, das 15 Jahre lang in Betrieb war, wurde im September 2022 außer Betrieb genommen. Es wird jedoch erwartet, dass bald weitere Papiere eingereicht werden, die die Ergebnisse der letzten Beobachtungsreihe präsentieren, und die Simons Observatorium wird zukünftige Beobachtungen am selben Ort durchführen, wobei ein neues Teleskop 2024 in Betrieb gehen soll. Dieses neue Instrument wird in der Lage sein, den Himmel fast zehnmal schneller zu kartieren als ACT.
Quelle: University of Pennsylvania
