Тисячоліттями люди зачаровані таємницями космосу. На відміну від стародавніх філософів, які лише розмірковували про походження Всесвіту, сучасні космологи використовують вимірювальні інструменти, щоб отримати уявлення про його еволюцію та структуру. Сучасна космологія виникла на початку 20-го століття, коли Альберт Айнштайн розробив загальну теорію відносності.

Тепер дослідники з колаборації Атакамського телескопа для космології (Atacama Cosmology Telescope, ACT) створили нове новаторське зображення, яке показує найдетальнішу мапу темної матерії, яка розподілена на чверті площі всього неба й простягається глибоко в космос. Ба більше, мапа підтверджує теорію Айнштайна про те, як масивні структури ростуть і заломлюють світло протягом усього 14-мільярдного періоду життя Всесвіту.

«Ми створили мапу невидимої темної матерії, що простягається на найбільшу відстань і чітко бачимо особливості цього невидимого світу, який має сотні мільйонів світлових років у поперечнику», — сказав Блейк Шервін (Blake Sherwin), професор космології в Кембриджському університеті, де він очолює групу дослідників ACT. «Ця матерія розподілена так, як передбачають наші теорії».

Атакамський телескоп для космології на півночі Чилі за підтримки Національного наукового фонду працював у 2007—2022 роках. Проєктом керують Принстонський та Пенсильванський університети (директор Сюзанна Стеґґс у Принстоні, заступник директора Марк Девлін у Пенсільваніі). В ньому беруть участь 160 співробітників із 47 установ. Авторські права на зображення: Марк Девлін (Mark Devlin), заступник директора колаборації Атакамського телескопа для космології та професор астрономії Різа Флавера в Пенсильванському університеті. Фото з сайту https://phys.org.

Попри те, що темна матерія становить 85% Всесвіту та впливає на його еволюцію, її важко виявити, бо вона не взаємодіє зі світлом чи іншими формами електромагнітного випромінювання. Як нам відомо, темна матерія взаємодіє лише з гравітацією.

Щоб її відстежити, понад 160 співробітників, які створили Атакамський телескоп для космології Національного наукового фонду високо у чилійських Андах, спостерігали за випромінюванням, що виникло після Великого Вибуху, коли Всесвіту було лише 380 000 років. Космологи часто називають це розсіяне випромінювання, яке заповнює весь Всесвіт, «світлиною Всесвіту в його дитинстві», але в науці воно відоме як космічне мікрохвильове фонове випромінювання (cosmic microwave background radiation, CMB).

Наукова група відстежує, як гравітація великих, масивних структур, зокрема й темна матерія, деформує CMB на його 14-мільярдному шляху до нас. Це схоже, наприклад, на те, як скляна лінза заломлює світло, коли воно проходить крізь неї.

«Ми створили нову мапу розподілу маси, використавши викривлення світла, що залишилося від Великого Вибуху», — сказав Метью Мадгавачеріл (Mathew Madhavacheril), доцент кафедри фізики та астрономії Пенсильванського університету. «Примітно, що воно дає змогу отримати вимірювання, які показують: і “клочкуватість” Всесвіту, і швидкість, з якою він розширюється після 14 мільярдів років еволюції, є саме такими, які ви очікуєте від нашої стандартної космологічної моделі, заснованої на теорії гравітації Айнштайна».

Шервін додав: «Наші результати також дають нове уявлення для теперішньої дискусії, яку деякі називають “Криза в космології”. На думку таких науковців ця криза випливає з останніх вимірювань світла від зір та галактик, а не CMB. Ці вимірювання дали результати, які свідчать про те, що темна матерія недостатньо скупчена, як мала б бути згідно із стандартною космологічною моделлю. Це спричинило побоювання, що модель може бути хибною. Однак останні результати дослідження ACT дали змогу точно визначити, що величезні скупчення темної матерії, які видно на цьому зображенні, мають розміри, які відповідають стандартній моделі.

«Коли я вперше їх побачив, наші вимірювання так добре узгоджувалися з основною теорією, що мені знадобилася хвилина, щоб обробити результати», — зазначив аспірант Кембриджа Френк Ку (Frank Qu), учасник дослідницької групи. «Буде цікаво подивитися, як цю можливу невідповідність між різними вимірами буде вирішено».

«Дані про космічне мікрохвильове фонове випромінювання, що зазнало гравітаційного лінзування, конкурують із звичайними дослідженнями видимого світла від галактик у здатності відстежувати сукупність великої маси у Всесвіті», — зауважила Сюзанна Стеґґс, директор ACT і професор фізики Принстонського університету. «Разом лінзоване CMB і найкращі оптичні дослідження прояснюють еволюцію всієї маси у Всесвіті».

«Коли ми запропонували цей експеримент у 2003 році, ми не мали жодного уявлення про повний обсяг інформації, яку можна отримати з нашого телескопа», — сказав Марк Девлін (Mark Devlin), професор астрономії Пенсильванського університету та заступник директора колаборації ACT. «Ми завдячуємо кмітливості теоретиків, багатьом людям, які створили нові інструменти, щоб зробити наш телескоп чутливішим, та новим методам аналізу, які придумала наша наукова група».

ACT, який працював протягом 15 років, виведено з експлуатації у вересні 2022 року. Водночас, очікується, що найближчим часом буде подано більше статей із результатами обробки остаточного набору спостережних даних. А обсерваторія Сімонса (Simons Observatory) виконуватиме майбутні спостереження на тому ж місці за допомогою нового телескопа. Згідно з планом він почне працювати в 2024 році. Цей новий інструмент дасть змогу астрономам складати мапу неба майже в 10 разів швидше, ніж ACT.

За інф. з сайту https://phys.org