ბნელი მატერია იყო რაღაც საიდუმლო მას შემდეგ, რაც პირველად იქნა შემოთავაზებული. გარდა იმისა, რომ ცდილობდნენ იპოვონ რაიმე პირდაპირი მტკიცებულება მისი არსებობის შესახებ, მეცნიერებმა ასევე გაატარეს ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში თეორიული მოდელების შემუშავებაში, რათა აეხსნათ როგორ მუშაობს იგი. ბოლო წლებში პოპულარული წარმოდგენა იყო, რომ ბნელი მატერია არის „ცივი“ და გავრცელებულია გროვად მთელ სამყაროში, დაკვირვება, რომელსაც მხარს უჭერს პლანკის მისია მონაცემები.
თუმცა, მკვლევართა საერთაშორისო ჯგუფის მიერ მომზადებული ახალი კვლევა განსხვავებულ სურათს ასახავს. მონაცემების გამოყენებით კილოგრამის ხარისხის კვლევა (KiDS), ამ მკვლევარებმა შეისწავლეს, თუ როგორ იმოქმედა მილიონობით შორეული გალაქტიკიდან გამოსულ სინათლეზე მატერიის გრავიტაციულმა ზემოქმედებამ ყველაზე დიდ მასშტაბებზე. მათ აღმოაჩინეს, რომ ბნელი მატერია, როგორც ჩანს, უფრო შეუფერხებლად ნაწილდება მთელ სივრცეში, ვიდრე ადრე ეგონათ.
ბოლო ხუთი წლის განმავლობაში KiDS-ის კვლევა იყენებდა VLT Survey Telescope (VST) - ყველაზე დიდი ტელესკოპი ESO-ში ლა სილა პარანალის ობსერვატორია ჩილეში - სამხრეთ ღამის ცის 1500 კვადრატული გრადუსის დათვალიერება. სივრცის ამ მოცულობის მონიტორინგი განხორციელდა ოთხ ზოლში (UV, IR, მწვანე და წითელი) სუსტი გრავიტაციული ლინზირებისა და ფოტომეტრული წითელ გადანაწილების გაზომვების გამოყენებით.
ESA-ს პლანკის კოსმოსური ტელესკოპიდან მთელი ცის კვლევის მონაცემები. კრედიტი: ESA
შეესაბამება აინშტაინს ფარდობითობის ზოგადი თეორია გრავიტაციული ლინზირება გულისხმობს იმის შესწავლას, თუ როგორ მოახვევს მასიური ობიექტის გრავიტაციული ველი სინათლეს. იმავდროულად, წითელი ცვლა ცდილობს გაზომოს სიჩქარე, რომლითაც სხვა გალაქტიკები შორდებიან ჩვენს გალაქტიკებს, გაზომავს თუ რამდენად არის მათი სინათლის გადაადგილება სპექტრის წითელ ბოლოში (ანუ მისი ტალღის სიგრძე უფრო გრძელი ხდება, რაც უფრო სწრაფად შორდება წყარო).
გრავიტაციული ლინზირება განსაკუთრებით სასარგებლოა, როდესაც საქმე ეხება იმის დადგენას, თუ როგორ გაჩნდა სამყარო. ჩვენი ამჟამინდელი კოსმოლოგიური მოდელი, რომელიც ცნობილია როგორც ლამბდა ცივი ბნელი მატერია (ლამბდა CDM) მოდელი, ამბობს, რომ ბნელი ენერგია პასუხისმგებელია სამყაროს გაფართოების გვიან აჩქარებაზე და რომ ბნელი მატერია შედგება მასიური ნაწილაკებისგან, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან კოსმოლოგიური სტრუქტურის ფორმირებაზე.
ამ ტექნიკის მცირე ვარიაციის გამოყენებით, რომელიც ცნობილია როგორც კოსმოსური გამჭვირვალე, მკვლევართა ჯგუფმა შეისწავლა შორეული გალაქტიკების სინათლე, რათა დაედგინა, თუ როგორ არის ის დამახინჯებული სამყაროში უდიდესი სტრუქტურების (როგორიცაა სუპერგროვები და ძაფები) არსებობით. როგორც დოქტორი ჰენდრიკ ჰილდებრანდტი – ასტრონომი არგელანდერის ასტრონომიის ინსტიტუტი (AIfA) და ნაშრომის წამყვანმა ავტორმა - განუცხადა Universe Today-ს ელექტრონული ფოსტით:
„ჩვეულებრივ, ადამიანი ფიქრობს ერთ დიდ მასაზე, როგორც გალაქტიკის გროვა, რომელიც იწვევს ამ სინათლის გადახრას. მაგრამ ასევე არსებობს მატერია მთელ სამყაროში. შორეული გალაქტიკების შუქი განუწყვეტლივ გადახრის ამ ეგრეთ წოდებულ ფართომასშტაბიან სტრუქტურას. ამის შედეგად გალაქტიკები, რომლებიც ცაზე ახლოს არიან, იმავე მიმართულებით არიან „მიმართულნი“. ეს არის პატარა ეფექტი, მაგრამ მისი გაზომვა შესაძლებელია გალაქტიკების დიდი ნიმუშების სტატისტიკური მეთოდებით. როდესაც ჩვენ გავზომეთ, თუ რამდენად ძლიერად არიან გალაქტიკები „მიმართულნი“ იმავე მიმართულებით, აქედან შეგვიძლია დავასკვნათ ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის სტატისტიკური თვისებები, მაგ. მატერიის საშუალო სიმკვრივე და რამდენად ძლიერად არის მატერია დაჯგუფებული/დაჯგუფებული“.
იშვიათი ფენომენი, რომელიც ცნობილია როგორც „სპრაიტები“, ჩანს ჩილეში, ლა სილას ობსერვატორიის ზემოთ, კრედიტი: ESO/Petr Horálek
ამ ტექნიკის გამოყენებით მკვლევარმა ჯგუფმა ჩაატარა KiDS მონაცემების 450 კვადრატული გრადუსის ანალიზი, რაც შეესაბამება მთელი ცის დაახლოებით 1%-ს. სივრცის ამ მოცულობის ფარგლებში დაფიქსირდა, თუ როგორ ურთიერთქმედებს შუქი, რომელიც მოდის დაახლოებით 15 მილიონი გალაქტიკიდან, მთელ მათსა და დედამიწას შორის არსებულ მატერიასთან.
VST-ის მიერ მიღებული უკიდურესად მკვეთრი სურათების გაერთიანებით მოწინავე კომპიუტერულ პროგრამულ უზრუნველყოფასთან ერთად, გუნდმა შეძლო კოსმოსური ათვლის ერთ-ერთი ყველაზე ზუსტი გაზომვის ჩატარება. საინტერესოა, რომ შედეგები არ შეესაბამებოდა ESA-ს პლანკის მისიის მიღებულ შედეგებს, რომელიც დღემდე სამყაროს ყველაზე ყოვლისმომცველი რუკა იყო.
პლანკის მისიამ მოგვაწოდა საოცრად დეტალური და ზუსტი ინფორმაცია კოსმოსური მიკროტალღური ფონის (CMB) შესახებ. ეს დაეხმარა ასტრონომებს ადრეული სამყაროს რუქების შედგენაში, ასევე შეექმნათ თეორიები იმის შესახებ, თუ როგორ იყო განაწილებული მატერია ამ პერიოდში. როგორც ჰილდებრანდტმა განმარტა:
„პლანკი დახვეწილი სიზუსტით ზომავს ბევრ კოსმოლოგიურ პარამეტრს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ტემპერატურის რყევებიდან, ანუ ფიზიკური პროცესებიდან, რომლებიც მოხდა დიდი აფეთქებიდან 400 000 წლის შემდეგ. ამ პარამეტრებიდან ორი არის სამყაროს მატერიის საშუალო სიმკვრივე და საზომი იმისა, თუ რამდენად ძლიერად არის ეს მატერია დაგროვილი. კოსმოსური ათვლის საშუალებით ჩვენ ასევე ვზომავთ ამ ორ პარამეტრს, მაგრამ უფრო გვიანდელ კოსმოსურ დროებს (რამდენიმე მილიარდი წლის წინ ან ~10 მილიარდი წლის წინ დიდი აფეთქებიდან), ანუ ჩვენს უახლეს წარსულში“.
LCDM კოსმოლოგიური მოდელი ვარაუდობს ბნელი მატერიისა და ბნელი ენერგიის არსებობას და რომ ორივემ აქტიური როლი ითამაშა სამყაროს ფორმირებაში. კრედიტი: Wikipedia Commons/Alex Mittelmann
თუმცა, ჰილდებრანდტმა და მისმა გუნდმა იპოვეს მნიშვნელობები ამ პარამეტრებისთვის, რომლებიც მნიშვნელოვნად დაბალია ვიდრე პლანკის მიერ ნაპოვნი მნიშვნელობები. ძირითადად, მათი კოსმოსური ათვლის შედეგები ვარაუდობს, რომ სამყაროში ნაკლები მატერიაა და ის ნაკლებად გროვდება, ვიდრე პლანკის შედეგების წინასწარმეტყველება. ეს შედეგები სავარაუდოდ გავლენას მოახდენს კოსმოლოგიურ კვლევებსა და თეორიულ ფიზიკაზე უახლოეს წლებში.
როგორც დგას, ბნელი მატერია რჩება შეუმჩნეველი სტანდარტული მეთოდების გამოყენებით. შავი ხვრელების მსგავსად, მისი არსებობის დასკვნა შესაძლებელია მხოლოდ ხილულ მატერიაზე დაკვირვებადი გრავიტაციული ეფექტებიდან. ამ შემთხვევაში, მისი არსებობა და ფუნდამენტური ბუნება იზომება იმით, თუ როგორ იმოქმედა სამყაროს ევოლუციაზე ბოლო 13,8 მილიარდი წლის განმავლობაში. მაგრამ იმის გამო, რომ შედეგები ურთიერთგამომრიცხავია, ასტრონომებს შეიძლება ახლა მოუწიონ გადახედონ თავიანთი ადრე გავრცელებული წარმოდგენების შესახებ.
'არსებობს რამდენიმე ვარიანტი: რადგან ჩვენ არ გვესმის სამყაროს დომინანტური ინგრედიენტები (ბნელი მატერია და ბნელი ენერგია), შეგვიძლია ორივეს თვისებებთან თამაში', - თქვა ჰილდებრანდტმა. მაგალითად, ბნელი ენერგიის სხვადასხვა ფორმებს (უფრო რთული, ვიდრე უმარტივესი შესაძლებლობა, რომელიც არის აინშტაინის „კოსმოლოგიური მუდმივი“) შეუძლია ახსნას ჩვენი გაზომვები. კიდევ ერთი საინტერესო შესაძლებლობა არის ის, რომ ეს არის ნიშანი იმისა, რომ სამყაროს მასშტაბის მიზიდულობის კანონები განსხვავდება ზოგადი ფარდობითობისგან. ჯერჯერობით მხოლოდ ის შეგვიძლია ვთქვათ, რომ რაღაც არ არის კარგად!”