(Vänster) Den 3-dimensionella mörka materiakartan över universum som härleds från ett av de sex HSC-observationsområdena visas i bakgrunden med olika nyanser av blått (ljusare områden har mer mörk materia). Kartan härleddes från förvrängningarna av galaxernas former i HSC-data som indikeras av vita pinnar. Sticklängderna representerar mängden distorsion och vinkeln på stickan motsvarar distorsionens riktning. (Höger) Mätningarna möjliggörs av ljuset från avlägsna galaxer som färdas genom universum och avböjs av materia vid olika epoker i universum, innan de når Subaru-teleskopet. Kredit:HSC Project/UTokyo
Att kombinera Einsteins relativitetsteori med ett av de mest kraftfulla teleskopen i världen har hjälpt ett internationellt team av forskare att mäta var och hur mörk materias strukturer växer i universum. Deras analys tyder på att kosmiska strukturer kan utvecklas långsammare än tidigare förutspått.
Ett team ledd av Kavli-institutet för universums fysik och matematik konstruerade en karta över mörk materia genom universums historia genom att analysera bilder av mer än tio miljoner galaxer. Resultaten verkar utmana nuvarande förståelse av fysikens grundläggande lagar.
"Om ytterligare data visar att vi definitivt har rätt, då tyder det på att något saknas i vår nuvarande förståelse av standardmodellen och den allmänna relativitetsteorin, säger fysikern Chiaki Hikage.
Enligt Einsteins allmänna relativitetsteori, gravitationen förvränger rum och tid. Hittills, denna teori har framgångsrikt förutspått universums expansion, förekomsten av svarta hål, och böjningen av ljus från avlägsna stjärnobjekt. Om kosmologer bekräftar att det observerade universum utvecklas långsammare än vad teorin förutspår, det skulle innebära att en hel gren av fysiken ännu inte har upptäckts.
Mörk materia är ansvarig för bildandet av galaxer, och mörk energi är ansvarig för att accelerera den pågående expansionen av universum. Tillsammans, de utgör 95 procent av universum. Att kartlägga densiteten av mörk materia i dagens universum och rekonstruera historiska kartor över mörk materia som går tillbaka 13 miljarder år kan hjälpa till att studera förändringar i mörk materia över tid. En sådan jämförelse skulle också kunna belysa hur mörk energi har påverkat mörk materias tillväxt i universum.
En stillbild från den korta "HSC Mass Map"-videon från Kavli IMPU som visar en 3D-karta över hur massa, inklusive mörk materia, är fördelad över hela universum. Som den här stillbilden visar, områden med mer massa representeras av ljusare röda och gula färger, och mindre massa representerad av blått och svart. Kredit:HSC Project
Mörk materia är inte synlig, men dess effekter kan ses på formen av galaxer. Eftersom all materias allvar, inklusive osynlig mörk materia, böjer ljusets väg, Långt borta galaxer verkar förvrängda för observatörer på jorden. Forskare kan beräkna hur den mörka materien är fördelad i universum genom galaxernas förvrängningar.
Hikage och hans team analyserade bilder av tio miljoner galaxer från Hyper Suprime-Cam (HSC) Survey. Denna 870 megapixel kamera, fäst vid det 8,2 meter långa Subaru-teleskopet vid toppen av Maunakea, Hawaii, undersöker himlen, rita en detaljerad karta över universum. Det gör det möjligt för forskare att studera galaxer miljarder ljusår från jorden. Dessa galaxer existerade för miljarder år sedan, men deras ljus når jorden först idag, gör det möjligt för forskare att studera universum från dess linda.
Med hjälp av informationen från dessa bilder, forskarna kunde göra den mest detaljerade tredimensionella kartan över mörk materia i universum hittills. Kartan överensstämde med tidigare studier. Dock, det tyder också på att kosmiska strukturer kan utvecklas långsammare än vad andra forskarlag förutspått.
Hikage förklarar att det behövs mer data. "Med lite mer arbete, om vi kan få bättre noggrannhet, vi kanske kan hitta något konkret. Det här är en stor motivationsfaktor för mig."
Forskarna kommer att fortsätta att analysera mer HSC Survey-data, för dem närmare att upptäcka om vetenskapen behöver skriva om sina regler om universum.
