Medtem ko je bila ideja o temni snovi prvotno predlagana za razlago zgradbe galaksij, je bil eden njenih velikih uspehov razlaga narave samega vesolja. Značilnosti kozmičnega mikrovalovnega ozadja je mogoče razložiti s prisotnostjo temne snovi. In modeli zgodnjega vesolja ustvarjajo galaksije in jate galaksij, tako da gradijo na strukturah, ki jih tvori temna snov. Dejstvo, da ti modeli dobijo splošno sliko, je bil močan argument v njihovo korist.
Toda nova študija kaže, da isti modeli podrobnosti zmotijo - za celo vrsto velikosti. Ljudje, ki stojijo za študijo, nakazujejo, da je z modeli nekaj narobe ali pa bo naše razumevanje temne snovi morda treba prilagoditi.
Pod lečo
Nova študija, ki jo je izvedla mednarodna skupina raziskovalcev, je izkoristila pojav, imenovan gravitacijsko leče. Gravitacija deformira ves prostor in to lahko stori tako, da upogne svetlobo, analogno leči. Če masiven objekt – recimo galaksija – sedi med nami in oddaljenim predmetom, lahko ustvari gravitacijsko lečo, ki poveča ali popači oddaljeni objekt. Rezultati so lahko odvisni od natančnih podrobnosti urejanja predmetov, od preproste povečave do krožnih obročev ali večkratnega prikaza predmeta.
Ker so učinki temne snovi zaznani s pomočjo gravitacije, lahko prisotnost temne snovi “vidimo” z njenimi učinki gravitacijskega lečenja. V nekaj primerih smo celo zaznali leče, kjer je malo snovi. To je eden izmed mnogih dokazov v prid temni snovi.
Raziskovalci so uporabili gravitacijsko lečo za postavitev testa, ki je bil vsaj pojmovno zelo preprost. Zgradili smo modele zgodnjega vesolja, ki kažejo, kako je temna snov pomagala strukturirati prve galaksije in jih povlekla v jate galaksij. Ti modeli, ko jih poženemo naprej, podajo opis, kako naj bi bila ta porazdelitev temne snovi videti na različnih točkah vesoljne zgodovine do danes. Tako so se raziskovalci z gravitacijskim lečenjem odločili, ali se porazdelitev temne snovi, ki jo vidimo na modelih, ujema tam, kjer jo vidimo s pomočjo gravitacijske leče.
Po teh modelih je bilo vesolje zgrajeno hierarhično. Temna snov je z gravitacijskimi interakcijami sama s seboj tvorila filamente, ki so se sekali v kompleksni, tridimenzionalni mreži. Dodatni gravitacijski vlek na mestih, kjer se sekajo filamenti, bi vlekel v pravilno snov in pripeljal do prvih galaksij. Sčasoma je nadaljevanje gravitacije potegnilo galaksije skupaj in tvorilo velike kopice. S preučitvijo rezultatov teh modelov lahko dobimo pogled na pričakovano porazdelitev temne snovi okoli grozdov. S povečevanjem lahko vidimo, kako naj se temna snov razporedi na območju posameznih galaksij.
Na to porazdelitev temne snovi lahko gledamo kot na napoved modelov.
Medtem pa v dejanskem vesolju …
Da bi preizkusili te napovedi, so raziskovalci s slikami vesoljskega teleskopa Hubble preslikali vse predmete v in okoli velike zbirke jat galaksij. Nadaljnje slikanje z uporabo zelo velikega teleskopa je pomagalo ugotoviti razdaljo teh predmetov glede na to, koliko je bila njihova svetloba premaknjena na rdeči konec spektra s širjenjem vesolja – večji kot je rdeči premik, bolj oddaljen je bil predmet. To je raziskovalcem omogočilo, da so ugotovili, kateri predmeti morajo biti za kopico galaksij in s tem potencialni kandidati za gravitacijsko lečo.
Programski paket je nato uporabil podatke za ustvarjanje porazdelitve mase za vsako jato galaksij. To je vključevalo splošne učinke lečenja celotne kopice, pa tudi leče, ki so jih vodile posamezne galaksije v kopici. Raziskovalci so ugotovili močno soglasje med videzom leče in lokacijo posameznih galaksij, kar jim je omogočilo, da potrdijo svoje izračune porazdelitve mase.
Nato so raziskovalci uporabili simulator Universe za izdelavo 25 simuliranih grozdov in izvedli podobno analizo z grozdi. To so storili, da bi ugotovili mesta možnega lečenja in lokacije, ki bi lahko povzročila največja izkrivljanja.
Oba se nista ujemala. V galaksiji realnega vesolja je bilo bistveno več področij, ki so povzročila veliko popačenje, kot v modelu. To bi veljalo, če bi bila porazdelitev temne snovi nekoliko bolj gruda, kot bi predvidevali modeli – haloi temne snovi okoli galaksij so bili bolj kompaktni, kot bi predvidevali modeli.
To ni prvo neskladje, ki smo ga videli. Modeli temne snovi napovedujejo tudi, da bi moralo biti okoli pritlikave galaksije več pritlikavih satelitskih galaksij in da bi morale biti bolj razpršene, kot so. Če pa bi svoje modele prilagodili, da bi te galaksije postale bolj difuzne, bi bile manj verjetno, da bi v jatah galaksij videli bolj kompaktne strukture. Zdi se, da se namesto iskanja dveh težav, ki bi jih bilo mogoče rešiti z eno prilagoditvijo, treba prilagoditi v nasprotni smeri.
Dve možnosti
Raziskovalci predlagajo dve verjetni razlagi tega odstopanja: bodisi ne cenimo vseh lastnosti temne snovi bodisi v naših simulacijah evolucije vesolja nekaj manjka. Ker imata oba splošno sliko Vesolja večinoma prav, bo pa vprašanje prefinjeno in ga bo zato težko prepoznati, če bodo ti rezultati dobili neodvisno potrditev. Ena od možnosti je, da se zdi, da so težave na območju galaksij, kjer bi bilo veliko interakcij snovi in temne snovi. Če se tam dogaja kaj bolj zapletenega, bi lahko z lahkoto zavrglo modele.
Za zdaj pa že obstajajo ekipe z dodatnimi podatki, ki bi lahko izvedle podobno analizo, zato bomo morali počakati, da bodo opravljene. Teoretični kozmologi, ki so nestrpni, bodo nedvomno preizkušali različice temne snovi že dolgo, preden ne bo prišlo do dodatnih ponovnih analiz.
Znanost, 2020. DOI: 10.1126 / science.aax5164 (O DOI).
