Az ALMA a sötét anyag finom jegyeit tárja fel

Az úttörő megfigyelések a sötét anyag galaxisok szintje alatti fluktuációit tárják fel, megerősítve a hideg sötét anyag elméleteit, és új betekintést nyújtanak az univerzum kialakulásába.

A Kaiki Taro Inoue professzor vezette kutatócsoport a Kindai Egyetemen (Oszaka, Japán) a világ legerősebb rádióinterferométere, az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array segítségével kimutatta a sötét anyag eloszlásának ingadozásait a világegyetemben a hatalmas galaxisoknál kisebb léptékeken. . Tömb).Alma), a Chilei Köztársaságban található.

Ez az első alkalom, hogy a sötét anyag térbeli fluktuációját észlelték a távoli univerzumban 30 ezer fényévnyi léptékben. Ez az eredmény azt mutatja, hogy a hideg sötét anyag^[1] Ez még a tömeges galaxisoknál kisebb léptékeken is előnyös, és fontos lépés a sötét anyag valódi természetének megértése felé. A cikk ben fog megjelenni a Astrophysical Journal.

1. ábra: Sötét anyagban észlelt fluktuációk. A világosabb narancssárga szín a nagy sötétanyag-sűrűségű régiókat, a sötétebb narancssárga szín pedig az alacsony sötétanyag-sűrűségű régiókat jelöli. A fehér és a kék színek az ALMA által megfigyelt gravitációs lencsés tárgyakat képviselik. Forrás: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

a főbb pontokat

• Megfigyelés a világ egyik legnagyobb rádióhullám-interferométerével, az ALMA nemzetközi projekttel.
• A sötét anyag fluktuációinak első észlelése a világegyetemben 30 ezer fényévnél kisebb léptékben.
• Fontos lépés a sötét anyag valódi természetének tisztázása felé.

Az ALMA kis léptékű ingadozásokat észlel a sötét anyag eloszlásában

Úgy gondolják, hogy a sötét anyag, a láthatatlan anyag, amely az univerzum tömegének nagy részét alkotja, fontos szerepet játszott az olyan struktúrák kialakulásában, mint a csillagok és a galaxisok.^[2] Mivel a sötét anyag nem egyenletesen oszlik el a térben, hanem csomókban oszlik el, gravitációja kissé megváltoztathatja a távoli fényforrásokból érkező fény útját (beleértve a rádióhullámokat is). Ennek a hatásnak a megfigyelései (gravitációs lencsék) azt mutatták, hogy a sötét anyag viszonylag nagy tömegű galaxisokhoz és galaxishalmazokhoz kapcsolódik, de a kisebb léptékekben való eloszlása ​​egyelőre nem ismert.

A kutatócsoport úgy döntött, hogy az ALMA segítségével megfigyel egy objektumot a Földtől 11 milliárd fényévre. Az objektum egy lencsés kvazár,^[3] MG J0414+0534^[4] (a továbbiakban: „ez a kvazár”).

Úgy tűnik, hogy ennek a kvazárnak négyszögletű képe van az előtér galaxisának gravitációs lencséje miatt. Ezeknek a látszólagos képeknek a helyzete és alakja azonban eltér a kizárólag az előtérben lévő galaxis gravitációs lencsék hatása alapján számítottaktól, ami arra utal, hogy a sötét anyag eloszlásának gravitációs lencsehatása a hatalmas galaxisoknál kisebb léptékeken működik.

2. ábra: Az MG J0414+0534 gravitációs lencserendszer elvi diagramja. A kép közepén lévő objektum lencse alakú galaxist jelez. A narancssárga a sötét anyagot mutatja az intergalaktikus térben, a halványsárga pedig a sötét anyagot egy lencse alakú galaxisban. Köszönetnyilvánítás: NAOJ, KT Inoue

Kiderült, hogy a sötét anyag sűrűségében még körülbelül 30 ezer fényévnyi léptékben is vannak térbeli ingadozások, ami jóval kisebb, mint a kozmikus lépték (több tízmilliárd fényév). Ez az eredmény összhangban van a hideg sötét anyag elméleti előrejelzésével, amely azt jósolja, hogy a sötét anyag csomói nemcsak a galaxisokban (a 2. ábrán halványsárga), hanem az intergalaktikus térben is léteznek (narancs a 2. ábrán).

A tanulmányban talált sötétanyag-csomók gravitációs lencsék hatása olyan kicsi, hogy önmagukban rendkívül nehéz észlelni. Az előtérgalaxis okozta gravitációs lencsehatásnak és az ALMA nagy felbontásának köszönhetően azonban először sikerült észlelnünk a hatásokat. Ezért ez a kutatás fontos lépés a sötét anyag elméletének ellenőrzéséhez és annak valódi természetének tisztázásához.

Ezt a kutatást KT Inoue és munkatársai „A lencseteljesítmény spektrumának ALMA mérése 10 kpc-nél az MG J0414+0534 lencsés kvazár felé” című tanulmányában mutatják be. Ban,-ben Astrophysical Journal.

Megjegyzések

1. Hideg sötét anyag
   Az univerzum tágulásával az anyag sűrűsége csökken, így a sötét anyag részecskéi (a fény számára láthatatlan anyag) többé nem fognak találkozni más részecskékkel, és független mozgásuk lesz, amely eltér a közönséges anyag mozgásától. Ebben az esetben azokat a sötét anyag részecskéket, amelyek a közönséges anyaghoz viszonyított fénysebességnél sokkal kisebb sebességgel mozognak, hideg sötét anyagnak nevezzük. Alacsony sebességük miatt nem képesek nagyméretű struktúrákat törölni az univerzumból.
2. A szerkezet kialakulása az univerzumban
   A korai univerzumban a csillagok és galaxisok a sötét anyag sűrűségének ingadozásának gravitációs növekedése, valamint a hidrogén és a hélium felhalmozódása következtében jöttek létre, amely a sötét anyag csomóihoz vonzódik. A sötét anyag eloszlása ​​a hatalmas galaxisoknál kisebb léptékeken még mindig ismeretlen.
3. kvazár
   A kvazár egy galaxis központi, kompakt területe, amely rendkívül erős fényt bocsát ki. Az egyesített terület és környezete nagy mennyiségű port tartalmaz, amely rádióhullámokat bocsát ki.
4. MG J0414+0534
   Az MG J0414+0534 a Földről nézve a Bika csillagkép irányában található. Ennek az objektumnak a vöröseltolódása (a fény hullámhosszának növekedése osztva az eredeti hullámhosszal) z=2,639. A megfelelő távolságot 11 milliárd fényévnek feltételezzük, figyelembe véve a kozmológiai paraméterek bizonytalanságát.

Hivatkozás: Kaiki Taro Inoue, Takeo Minezaki, Satoki Matsushita és Koichiro Nakanishi „10 kpc lencseerő-spektrum ALMA mérése az MG J0414+0534 lencsés kvazár felé”, 2023. szeptember 7. Astrophysical Journal.
doi: 10.3847/1538-4357/aceb5f

Ezt a munkát a Japan Society for the Promotion of Science (17H02868, 19K03937), a Japán Nemzeti Csillagászati ​​Obszervatórium ALMA Közös Tudományos Kutatási Projektje 2018-07A tudományos kutatási támogatása támogatta, ugyanaz, mint a ALMA JAPAN Kutatási Alap NAOJ-ALMA-256 és Tajvan MoST. 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119 M-001-020.