Несъответствие на тъмната материя: Конфликт в Стандартния космологичен модел

Ваня Милева Последна промяна на 10 юли 2023 в 00:01 6242 0

Международен екип астрофизици и космолози са представили пет статии, според които

Кредит Pixabay

Международен екип астрофизици и космолози са представили пет статии, според които "амплитудата в колебанията на плътността" (стойността на параметъра S8 в модела ΛCDM) на тъмната материя във Вселената е 0.76 - стойност, която съответства на други изследвания с гравитационни лещи, но не и на стойността 0.83, получена от космическия микровълнов фон.

Международен екип учени използва усъвършенствани техники и камерата на най-големия телескоп в света, за да изследва "амплитудата в колебанията на плътността" на тъмната материя.

Те установяват, че стойността на стойността на параметъра S8 в модела ΛCDM е 0.76, което е в противоречие със стойността 0.83, получена от космическия микровълнов фон. Това несъответствие може да показва грешки в измерванията или непълнота на Стандартния космологичен модел.

Международен екип астрофизици и космолози от различни институти са представили серия от пет статии, в които е измерена стойност за амплитудата на флуктуациите на тъмната материя на Вселената, известна на космолозите като S8, от 0.76, което съвпада със стойностите, които други изследвания с помощта на гравитационни лещи са открили при наблюдения на сравнително скорошната Вселена - но не съвпада със стойността от 0.83, получена от космическия микровълнов фон, който датира от началото на Вселената, когато тя е била на около 380 000 години. Техните резултати са качени като препринти в arXiv.

Разликата между тези две стойности е малка, но тъй като все повече изследвания потвърждават всяка от двете стойности, тя не изглежда случайна. Възможностите са да има някаква все още неразпозната грешка или заблуда в едно от тези две измервания или Стандартният космологичен модел да е непълен по някакъв интересен начин.

Тъмната енергия и тъмната материя съставляват 95 % от нашата Вселена, която виждаме днес, но се знае много малко за това какво всъщност представляват и как са се развивали в историята на Вселената. Струпванията на тъмна материя изкривяват светлината на далечни галактики чрез слаби гравитационни лещи - явление, предсказано от Общата теория на относителността на Айнщайн.

Фигура 1: Пример за изображение, получено с HSC-SSP. Кредит: HSC-SSP project & NAOJ

"Това изкривяване има наистина много малък ефект. Формата на една-единствена галактика е изкривена с незабележима стойност. Но комбинирането на измерванията за милиони галактики позволява да се измери изкривяването с доста висока точност", обяснява професор Масахиро Такада (Masahiro Takada) от Института за физика и математика на Вселената "Кавли" (Kavli IPMU).

Фигура 2: Как работи гравитационнaта леща. Кредит: NASA / ESA

Стандартният модел се определя само от няколко числа: скоростта на разширяване на Вселената, мярка за това как е разпределена плътността на тъмната материя (S8), относителния принос на съставните части на Вселената (материя, тъмна материя и тъмна енергия), общата плътност на Вселената и техническа величина, описваща как плътността на Вселената в големи мащаби се отнася към тази в малки мащаби.

Космолозите са амбицирани да проверят този модел, като ограничат тези числа по различни начини, например чрез наблюдение на флуктуациите в космическия микровълнов фон, моделиране на историята на разширяването на Вселената или измерване на сгъстяването на Вселената в сравнително близкото минало.

Екип, ръководен от астрономи от Института Кавли, Токийския университет, Университета Нагоя, Принстънския университет и астрономическите общности на Япония и Тайван, прекарва последната година в разгадаване на тайните на този най-неуловим материал - тъмната материя, като използва сложни компютърни симулации и данни от първите три години на изследването Hyper Suprime-Cam. При наблюденията на това изследване е използвана една от най-мощните астрономически камери в света - Hyper Suprime-Cam (HSC), монтирана на телескопа "Субару" на връх Маунакеа в Хавай.

Резултати от третата година на Subaru HSCФигура 3: Резултати от измерването на параметъра S8 от данните на HSC-SSP от третата година. Графиката показва резултатите от четири различни метода, които използват различни части от данните от HSC-SSP Year 3 или комбинират данните от HSC-SSP Year 3 с други данни. За сравнение "Planck CMB" показва резултата от измерването на S8 от данните за космическия микровълнов фон, получени от спътника "Планк". "Други резултати за слаба леща" показва резултатите от подобни измервания за слаба леща, основани на данни от Dark Energy Survey (DES) и Kilo-Degree Survey (KiDS). Кредит: Kavli IPMU

Скриване и разкриване на данни

Екипът провежда "сляп анализ".

"Учените са човешки същества и наистина имат пристрастия. Някои биха се радвали наистина да открият нещо фундаментално ново, докато други може да се чувстват комфортно, ако намерят резултати, които изглеждат съвместими с предвидените резултати. Учените са станали достатъчно самоосъзнати, за да знаят, че ще се предубедят, независимо колко внимателни са, ако не извършат анализа си, без да си позволят да знаят резултатите до края", коментира доцентът Хиронао Миятаке (Hironao Miyatake) от Института за произхода на частиците и Вселената (KMI) към Университета в Нагоя.

За да предпази резултатите от подобни пристрастия, екипът на HSC крие резултатите от себе си и от колегите си в продължение на месеци. Екипът дори добавя допълнителен замазващ слой: те провеждат анализите си върху три различни галактически каталога - един истински и два фалшиви с числови стойности, изместени от случайни стойности. Екипът по анализите не е знаел кой от тях е истински, така че дори ако някой случайно види стойностите, екипът няма да знае дали резултатите се основават на истинския каталог или не.

Екипът прекарал една година в сляп анализ. На 3 декември 2022 г. екипът се събрал заедно в Zoom - една събота сутрин в Япония, петък вечер в Принстън - за "развързване на очите". Екипът разкрива данните и пуска графиките си, веднага виждат, че са страхотни според Такада.

""Слепият" анализ означава, че не можеш да погледнеш резултатите, докато изпълняваш анализа, което беше изключително стресиращо, но веднага щом видях крайния резултат, цялото това безпокойство излетя през прозореца", разказва Сунао Сугияма (Sunao Sugiyama) от Института Кавли.

3D разпределение на тъмната материя, получено от HSC-SSPФигура 4: Пример за 3D разпределение на тъмната материя, получено от HSC-SSP. Тази карта е получена, като са използвани данните от първата година, но настоящото изследване изследва област на небето, която е около три пъти по-голяма от нея. Кредит: University of Tokyo/NAOJ

Огромно проучване с камерата на най-големия телескоп в света

HSC е най-голямата камера на телескоп с такъв размер в света. Проучването, което изследователският екип използва, обхваща около 420 квадратни градуса от небето, което е еквивалентно на 2000 пълни луни. То не е едно непрекъснато парче небе, а е разделено на шест различни части, всяка от които е с размера на протегнат човешки юмрук. 25-те милиона галактики, които изследователите проучват, са толкова отдалечени, че вместо да види тези галактики такива, каквито са днес, HSC записва какви са били преди милиарди години.

Всяка от тези галактики свети с блясъка на десетки милиарди слънца, но тъй като са толкова далече, те са изключително слаби - цели 25 милиона пъти по-слаби от най-слабите звезди, които можем да видим с просто око.

Справка:

“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Galaxy Clustering and Weak Lensing with HSC and SDSS using the Emulator Based Halo Model” by Hironao Miyatake, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada, Takahiro Nishimichi, Xiangchong Li, Masato Shirasaki, Surhud More, Yosuke Kobayashi, Atsushi J. Nishizawa, Markus M. Rau, Tianqing Zhang, Ryuichi Takahashi, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Ken Osato, Wentao Luo, Arun Kannawadi, Bau-Ching Hsieh, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Lauren A. MacArthur, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Tomomi Sunayama, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00704

“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Measurements of Clustering of SDSS-BOSS Galaxies, Galaxy-Galaxy Lensing and Cosmic Shear” by Surhud More, Sunao Sugiyama, Hironao Miyatake, Markus Michael Rau, Masato Shirasaki, Xiangchong Li, Atsushi J. Nishizawa, Ken Osato, Tianqing Zhang, Masahiro Takada, Takashi Hamana, Ryuichi Takahashi, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Yosuke Kobayashi, Takahiro Nishimichi, Masamune Oguri, Arun Kannawadi, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00703

“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Galaxy Clustering and Weak Lensing with HSC and SDSS using the Minimal Bias Model” by Sunao Sugiyama, Hironao Miyatake, Surhud More, Xiangchong Li, Masato Shirasaki, Masahiro Takada, Yosuke Kobayashi, Ryuichi Takahashi, Takahiro Nishimichi, Atsushi J. Nishizawa, Markus M. Rau, Tianqing Zhang, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Ken Osato, Arun Kannawadi, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00705

“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Power Spectra” by Roohi Dalal, Xiangchong Li, Andrina Nicola, Joe Zuntz, Michael A. Strauss, Sunao Sugiyama, Tianqing Zhang, Markus M. Rau, Rachel Mandelbaum, Masahiro Takada, Surhud More, Hironao Miyatake, Arun Kannawadi, Masato Shirasaki, Takanori Taniguchi, Ryuichi Takahashi, Ken Osato, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Atsushi J. Nishizawa, Andrés A. Plazas Malagón, Tomomi Sunayama, David Alonso, Anže Slosar, Robert Armstrong, James Bosch, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Lauren A. MacArthur, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Takahiro Nishimichi, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka and Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00701

“Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Two-point Correlation Functions” by Xiangchong Li, Tianqing Zhang, Sunao Sugiyama, Roohi Dalal, Markus M. Rau, Rachel Mandelbaum, Masahiro Takada, Surhud More, Michael A. Strauss, Hironao Miyatake, Masato Shirasaki, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Wentao Luo, Atsushi J. Nishizawa, Ryuichi Takahashi, Andrina Nicola, Ken Osato, Arun Kannawadi, Tomomi Sunayama, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Takahiro Nishimichi, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka, Shiang-Yu Wang, 3 April 2023, Astrophysics > Cosmology and Nongalactic Astrophysics. 
arXiv:2304.00702

Източник: Dark Matter Discrepancy: A Cosmic Conundrum in the Standard Cosmological Model, Kavli Institute

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !