Astronomët zbulojnë lidhje të re midis materies së errët dhe grumbullimit të universit

Në një studim të botuar sot në Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, studiuesit në Universitetin e Torontos zbulojnë një zbulim teorik që mund të shpjegojë natyrën e materies së errët të padukshme dhe strukturën në shkallë të gjerë të universit të njohur si rrjeta kozmike. Rezultati vendos një lidhje të re midis këtyre dy problemeve të kahershme në astronomi, duke hapur mundësi të reja për të kuptuar kozmosin.

Hulumtimi sugjeron se “problemi i grumbullimit”, i cili përqendrohet në shpërndarjen e papritur të barabartë të materies në shkallë të mëdha në të gjithë kozmosin, mund të jetë një shenjë se materia e errët është e përbërë nga grimca hipotetike, ultra të lehta të quajtura aksione. Implikimet e vërtetimit të ekzistencës së aksioneve të vështira për t’u zbuluar shtrihen përtej kuptimit të materies së errët dhe mund të adresojnë pyetje themelore rreth natyrës së vetë universit.

“Nëse konfirmohet me vëzhgimet e ardhshme të teleskopit dhe eksperimentet laboratorike, gjetja e materies së errët të aksionit do të ishte një nga zbulimet më domethënëse të këtij shekulli,” thotë autori kryesor Keir Rogers, bashkëpunëtor i Dunlap në Institutin Dunlap për Astronomi dhe Astrofizikë në Fakultetin e Arteve dhe Shkencë në Universitetin e Torontos.

“Në të njëjtën kohë, rezultatet tona sugjerojnë një shpjegim përse universi është më pak i grumbulluar nga sa mendonim, një vëzhgim që është bërë gjithnjë e më i qartë gjatë dekadës së fundit apo më shumë, dhe aktualisht e lë të pasigurt teorinë tonë të universit.”

Lënda e errët, që përbën 85 për qind të masës së universit, është e padukshme sepse nuk ndërvepron me dritën. Shkencëtarët studiojnë efektet e tij gravitacionale në lëndën e dukshme për të kuptuar se si shpërndahet në univers.

Një teori kryesore propozon që materia e errët përbëhet nga aksione, të përshkruara në mekanikën kuantike si “të paqarta” për shkak të sjelljes së tyre të ngjashme me valën. Ndryshe nga grimcat diskrete të ngjashme me pikën, aksione mund të kenë gjatësi vale më të mëdha se galaktikat e tëra. Kjo turbullirë ndikon në formimin dhe shpërndarjen e materies së errët, duke shpjeguar potencialisht pse universi është më pak i grumbulluar nga sa parashikohej në një univers pa aksione.

Kjo mungesë grumbullimi është vërejtur në sondazhet e mëdha të galaktikave, duke sfiduar teorinë tjetër mbizotëruese se materia e errët përbëhet vetëm nga grimca nën-atomike të rënda dhe të dobëta që ndërveprojnë të quajtura WIMP. Megjithë eksperimentet si Përplasësi i Madh i Hadronit, nuk është gjetur asnjë provë që mbështet ekzistencën e WIMP-ve.

“Në shkencë, kur idetë prishen, bëhen zbulime të reja dhe zgjidhen problemet e vjetra”, thotë Rogers.

Për studimin, ekipi hulumtues – i udhëhequr nga Rogers dhe duke përfshirë anëtarë të grupit kërkimor të profesorit të asociuar Renée Hložek në Institutin Dunlap, si dhe nga Universiteti i Pensilvanisë, Instituti për Studime të Avancuara, Universiteti i Kolumbisë dhe King’s College në Londër – analizoi vëzhgimet e dritë relike nga Big Bengu, e njohur si Sfondi i Mikrovalës Kozmike (CMB), e marrë nga anketat Planck 2018, Teleskopi Kozmologjik Atacama dhe Teleskopi i Polit të Jugut.

Studiuesit i krahasuan këto të dhëna CMB me të dhënat e grumbullimit të galaktikave nga Anketa Spektroskopike e Lëkundjes Baryon (BOSS), e cila harton pozicionet e afërsisht një milion galaktikave në universin e afërt. Duke studiuar shpërndarjen e galaktikave, e cila pasqyron sjelljen e materies së errët nën forcat gravitacionale, ata matën luhatjet në sasinë e materies në të gjithë universin dhe konfirmuan grumbullimin e saj të reduktuar në krahasim me parashikimet.

Studiuesit më pas kryen simulime kompjuterike për të parashikuar shfaqjen e dritës relike dhe shpërndarjen e galaktikave në një univers me valë të gjata të materies së errët. Këto llogaritje u përputhën me të dhënat CMB nga Big Bengu dhe të dhënat e grumbullimit të galaktikave, duke mbështetur nocionin se aksionet fuzzy mund të përbëjnë problemin e grumbullimit.

Hulumtimet e ardhshme do të përfshijnë sondazhe në shkallë të gjerë për të hartuar miliona galaktika dhe për të siguruar matje të sakta të grumbullimit, duke përfshirë vëzhgimet gjatë dekadës së ardhshme me Observatorin Rubin.

Studiuesit shpresojnë të krahasojnë teorinë e tyre me vëzhgimet e drejtpërdrejta të materies së errët përmes lenteve gravitacionale, një efekt ku grumbullimi i materies së errët matet nga sa përkul dritën nga galaktikat e largëta, e ngjashme me një xham zmadhues gjigant. Ata gjithashtu planifikojnë të hetojnë se si galaktikat e nxjerrin gazin në hapësirë dhe se si kjo ndikon në shpërndarjen e lëndës së errët për të konfirmuar më tej rezultatet e tyre.

Të kuptuarit e natyrës së materies së errët është një nga pyetjet themelore dhe çelësi më urgjent për të kuptuar origjinën dhe të ardhmen e universit.

Aktualisht, shkencëtarët nuk kanë një teori të vetme që shpjegon gravitetin dhe mekanikën kuantike në të njëjtën kohë – një teori e gjithçkaje. Teoria më e popullarizuar e gjithçkaje gjatë dekadave të fundit është teoria e fijeve, e cila vendos një nivel tjetër nën nivelin kuantik, ku gjithçka përbëhet nga ngacmime energjie të ngjashme me fijet. Sipas Rogers, zbulimi i një grimce aksioni fuzzy mund të jetë një aluzion se teoria e vargut për gjithçka është e saktë.

“Ne kemi mjetet tani që mund të na mundësojnë të kuptojmë më në fund diçka eksperimentalisht rreth misterit shekullor të materies së errët, madje edhe në dekadën e ardhshme ose më shumë – dhe kjo mund të na japë sugjerime për përgjigje për pyetje edhe më të mëdha teorike,” thotë Rogers. . “Shpresa është që elementët e çuditshëm të universit të jenë të zgjidhshëm.”