Powstała mapa pokazująca rozkład materii we Wszechświecie. Wynika z niej, że trzeba zmienić teorie fizyków

W tym artykule:

1. Jak zrozumieć ewolucję Wszechświata
2. Od Wielkiego Wybuchu do dzisiaj
3. Ciemna materia i ciemna energia
4. Model standardowy do poprawki?

– Jeśli nasze odkrycie się potwierdzi, będzie to bardzo ekscytujące – powiedział dr Chihway Chang, astrofizyk z Uniwersytetu Chicagowskiego i główny autor badań opublikowanych niedawno w periodyku naukowym „Physical Review”. – Najlepszym scenariuszem wynikającym z naszych badań może być możliwość zrozumienia natury ciemnej materii i ciemnej energii – podsumowuje.

Jak zrozumieć ewolucję Wszechświata

W tym badaniu naukowcy połączyli dane z dwóch bardzo różnych przeglądów teleskopowych: The Dark Energy Survey, który przez sześć lat badał niebo ze szczytu góry w Chile, oraz South Pole Telescope, który szuka słabych śladów promieniowania pochodzącego z pierwszych chwil Wszechświata. Dzięki temu powstała mapa pokazująca, gdzie materia zgromadziła się w ciągu 13,8 miliarda lat trwania Wszechświata. Będzie ona ważnym punktem odniesienia dla naukowców, którzy chcą zrozumieć ewolucję kosmosu.

Już pierwsze wyniki analizy pokazują, że materia nie jest rozłożona tak, jak myśleliśmy. A to sugeruje, że czegoś może brakować w obecnym standardowym modelu kosmologicznym.

Od Wielkiego Wybuchu do dzisiaj

Zgodnie z obecnymi modelami, w momencie Wielkiego Wybuchu cała materia we Wszechświecie była skondensowana w tzw. osobliwości. Mowa o pojedynczym punkcie o nieskończonej gęstości i ekstremalnym cieple. Dalej nastąpiło gwałtowne pęknięcie, w wyniku czego osobliwość wyrzuciła kwarki, które szybko połączyły się, tworząc „zupę” protonów, neutronów i jąder atomowych. Atomy wodoru i helu pojawiły się kilkaset tysięcy lat później. Dopiero z nich powstał cały znany nam Wszechświat.

O tym, jak doszło do rozprzestrzeniania się atomów i zlepiania się ich, co w dalekiej konsekwencji doprowadziło do tworzenia się mgławic, a następnie gwiazd i planet, dowiadujemy się dzięki kosmicznej inżynierii wstecznej. Naukowcy analizują to, jak Wszechświat wygląda dzisiaj, próbując zrozumieć, jakie mechanizmy za tym stały.

Ciemna materia i ciemna energia

W przypadku zestawów danych z obu przeglądów nieba, analiza dotyczyła zjawiska zwanego soczewkowaniem grawitacyjnym. Polega ono na zakrzywieniu promieni świetlnych poprzez pole grawitacyjne masywnego ciała niebieskiego, co prowadzi do ich skupienia. Metoda ta wychwytuje zarówno zwykłą materię, jak i ciemną materię – tajemniczą formę materii, wykrywalną wyłącznie poprzez jej wpływ grawitacyjny na zwykłą materię.

Analizując dwa wspomniane zestawy danych, naukowcy mogli pokusić się o wniosek wskazujący, gdzie znalazła się cała materia we Wszechświecie. Większość wyników idealnie pasuje do obecnie akceptowanej teorii kosmologicznej. Ale są też pewne wymagające dalszej analizy różnice.

Z danych wyłonił się dziwaczny obraz, w którym tylko około 5 proc. zawartości Wszechświata przypada na zwykłą materię. Około 25 proc. to tak zwana ciemna materia. Pozostałe 70 proc. to ciemna energia – tajemnicze zjawisko, które ma wyjaśniać, dlaczego ekspansja Wszechświata przyspiesza, a nie jest spowalniana przez grawitację.

Model standardowy do poprawki?

– Przede wszystkim wiele wskazuje na to, że w obecnym Wszechświecie jest nieco mniej fluktuacji, niż moglibyśmy przewidzieć bazując na standardowym modelu kosmologiczny zakotwiczonym we wczesnym Wszechświecie – powiedział współautor analizy i astrofizyk z Uniwersytetu Hawajskiego Eric Baxter. Oznacza to, że jeśli stworzysz model zawierający wszystkie obecnie akceptowane prawa fizyczne, a następnie weźmiesz odczyty z początku Wszechświata i ekstrapolujesz je do przodu w czasie, wyniki wyglądają nieco inaczej niż to, co faktycznie mierzymy wokół nas dzisiaj. Główne spostrzeżenie jest takie, że materia występuje dziś w mniejszych skupiskach niż to wynika z modelu.

Naukowcy zaglądają w przeszłość Wszechświata. Znaleźli tam życiodajny pierwiastek

Dzięki sieci radioteleskopów ALMA astronomowie zaobserwowali emisję tlenu z okresu zaledwie 700 mln lat po Wielkim Wybuchu. Jest to jak do tej pory najdalsza potwierdzona detekcja tlenu we Wszec...

Analiza jest przełomowa, ponieważ dostarczyła użytecznych informacji z dwóch bardzo różnych przeglądów teleskopowych. Zważywszy na to, że w niedługim czasie ma pojawić się znacznie więcej dużych teleskopów, łączenie danych z wielu obserwatoriów wydaje się być techniką pozwalającą na różnorodne i wielotorowe analizy. A tylko one pozwolą nam badać ogrom Wszechświata i rządzące nim prawa.

Źródło: Physical Review D.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.