Wissenschaftler haben eine der genauesten Materiekarten des Universums erstellt, und sie zeigt, dass in unserem besten Modell des Kosmos möglicherweise etwas fehlt.
Die neue Karte, die durch die Kombination von Daten von zwei Teleskopen erstellt wurde, die unterschiedliche Arten von Licht beobachten, hat gezeigt, dass das Universum weniger „klumpig“ ist als frühere Modelle vorhergesagt hatten – ein mögliches Zeichen dafür, dass das riesige kosmische Netz, das Galaxien verbindet, weniger verstanden wird, als Wissenschaftler dachten .
Nach unserem derzeitigen Verständnis ist das kosmische Netz ein gigantisches Netzwerk von sich kreuzenden Himmelsautobahnen, die mit Wasserstoffgas gepflastert sind und schwarze Materie. Form annehmen in den chaotischen Folgen von Urknall, die Ranken der Leinwand bildeten sich wie Büschel der brodelnden Brühe des jungen Universums; wo sich mehrere Stränge des Netzes kreuzten, bildeten sich schließlich Galaxien. Aber die neue Karte, veröffentlicht am 31. Januar als Drei (öffnet in einem neuen Tab) trennen (öffnet in einem neuen Tab) Studien (öffnet in einem neuen Tab) in Physical Review D, zeigt, dass die Materie in vielen Teilen des Universums weniger verklumpt und gleichmäßiger verteilt ist, als die Theorie vorhersagt.
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„Es scheint etwas weniger Schwankungen im gegenwärtigen Universum zu geben, als wir erwarten würden, wenn wir davon ausgehen, dass unser kosmologisches Standardmodell im frühen Universum verankert ist“, sagte Co-Autor Eric Baxter, ein Astrophysiker an der Universität von Hawaii. heißt es in einer Pressemitteilung (öffnet in einem neuen Tab).
Das kosmische Netz weben
Nach dem Standardmodell der Kosmologie begann das Universum nach dem Urknall Gestalt anzunehmen, als der junge Kosmos von Materieteilchen nur so wimmelte Antimaterie, die nur entstanden, um bei Kontakt zu vernichten. Die meisten Bausteine des Universums verschwanden auf diese Weise, aber das sich schnell ausdehnende Gewebe der Raumzeit führte zusammen mit einigen Quantenfluktuationen dazu, dass hier und da einige Taschen des ursprünglichen Plasmas überlebten.
Die Stärke von Schwere komprimierten diese Plasmataschen bald auf sich selbst und erhitzten die Materie beim Zusammenpressen so stark, dass sich Schallwellen mit halber Lichtgeschwindigkeit (als baryonische Schwingungen bezeichnet) von den Plasmaclustern nach außen ausbreiteten. Diese Wellungen drückten das noch nicht angesaugte Material in die Mitte eines Büschels, wo es in einem Halo darum herum zu liegen kam. Zu dieser Zeit war der größte Teil der Materie im Universum als eine Reihe dünner Filme verteilt, die unzählige kosmische Hohlräume umgaben, wie ein Nest aus Seifenblasen in einem Waschbecken.
Sobald dieses Material, hauptsächlich Wasserstoff und Helium, ausreichend abgekühlt war, koagulierte es, um die ersten Sterne entstehen zu lassen, die wiederum immer schwerere Elemente durchschlugen Kernfusion.
Um zu kartieren, wie das kosmische Netz gewebt wurde, kombinierten die Forscher Beobachtungen, die mit dem Dark Energy Survey in Chile – der den Himmel von 2013 bis 2019 in Frequenzen im nahen Ultraviolett, sichtbaren und nahen Infrarot scannte – und dem South Pole Telescope, das heißt, gemacht wurden befindet sich in der Antarktis und untersucht die Mikrowellenemissionen, die den kosmischen Mikrowellenhintergrund bilden – das älteste Licht im Universum.
Obwohl sie unterschiedliche Wellenlängen des Lichts betrachten, verwenden beide Teleskope eine Technik namens Gravitationslinsen, um das Zusammenklumpen von Materie abzubilden. Gravitationslinsen treten auf, wenn sich ein massives Objekt zwischen unseren Teleskopen und seiner Quelle befindet; Je mehr das Licht, das aus einer bestimmten Raumtasche kommt, verzerrt erscheint, desto mehr Materie befindet sich in diesem Raum. Dies macht Gravitationslinsen zu einem hervorragenden Werkzeug, um sowohl normale Materie als auch ihre mysteriöse Cousine dunkle Materie zu verfolgen, die, obwohl sie 85 % des Universums ausmacht, nur mit Licht interagiert, indem sie es verzerrt.
Bei diesem Ansatz verwendeten die Forscher Daten von beiden Teleskopen, um Materie zu lokalisieren und Fehler im Datensatz eines Teleskops zu beseitigen, indem sie ihn mit dem anderen verglichen.
“Es funktioniert wie ein Gegencheck, also wird es zu einem viel robusteren Maß, als wenn Sie nur das eine oder andere verwenden würden”, Co-Hauptautor Chihway Chang (öffnet in einem neuen Tab)ein Astrophysiker von der University of Chicago, sagte in der Erklärung.
Die von den Forschern erstellte Karte der kosmischen Materie stimmte mit unserem Verständnis der Entwicklung des Universums bis auf eine entscheidende Diskrepanz überein: Sie war gleichmäßiger verteilt und weniger verklumpt, als das Standardmodell der Erde vermuten ließ.
Es gibt zwei Möglichkeiten, diese Diskrepanz zu erklären. Der erste ist, dass wir das Universum einfach zu ungenau betrachten und dass die scheinbare Abweichung vom Modell verschwinden wird, wenn wir bessere Werkzeuge haben, um den Kosmos zu beobachten. Die zweite und wichtigste Möglichkeit ist, dass unserem kosmologischen Modell sehr wichtige Physik fehlt. Um herauszufinden, welche davon wahr ist, sind weitere Queruntersuchungen und Kartierungen sowie ein tieferes Verständnis der kosmologischen Beschränkungen erforderlich, die den Seifenschaum des Universums zusammenhalten.
„Es gibt keine bekannte physikalische Erklärung für diese Diskrepanz“, schrieben die Forscher in einer der Studien. „Kreuzkorrelationen zwischen Umfragen … werden viel aussagekräftigere Kreuzkorrelationsstudien ermöglichen, die einige der präzisesten und genauesten kosmologischen Einschränkungen liefern und es uns ermöglichen, weitere Belastungstests durchzuführen [standard cosmological] Modell.”