Художественная реконструкция пути фотона через межгалактический газ. Фото предоставлено: Калифорнийский университет в Риверсайде
Плотные пики на диаграмме распределения длин волн, наблюдаемые в лесу Лайман-Альфа, на самом деле напоминают множество небольших деревьев. Каждый из этих пиков представляет собой внезапное падение «света» на определенной узкой длине волны, эффективно изображая материал, через который прошел свет на своем пути к нам.
Это немного похоже на игру теней, где мы угадываем фигуру между светом и экраном по их силуэту. «Тень» молекул водорода, плавающих на огромных расстояниях между нами и светом еще более далеких интенсивных источников света, легко видна астрофизикам.
Используемые изображения называются спектрограммами. Это предполагает разложение излучения, которое мы для простоты называем светом, но которое также включает в себя частоты, не воспринимаемые нашими глазами, на диапазоны длин волн, из которых оно состоит.
«Это похоже на очень мелкозернистую радугу», — объясняет Симеон Бёрд, физик из Калифорнийского университета в Риверсайде и один из авторов исследования.
Мы видим радугу, когда солнечный свет проходит через призму (или каплю воды) и разделяется на «компоненты». Смешанные длины волн выглядят как белый свет.
В спектрограммах света космических источников, таких как квазары, происходит то же самое, за исключением того, что некоторые частоты почти всегда отсутствуют, видимые в виде черных полос там, где свет отсутствует, как будто что-то отбрасывает тень. Это атомы и молекулы, с которыми свет столкнулся на своем пути.
Поскольку каждый тип атомов поглощает свет по-своему, оставляя своего рода подпись на спектрограмме, их присутствие можно проследить, особенно водорода, самого распространенного элемента во Вселенной.
Пример моделирования PRIYA. Фото предоставлено: Калифорнийский университет в Риверсайде
«Водород полезен, потому что он действует как индикатор темной материи», — объясняет Бёрд. Темная материя — одна из самых больших проблем в современном исследовании Вселенной: мы до сих пор не знаем, что это такое, и никогда ее не видели, но мы уверены, что она существует в изобилии — в большем количестве, чем обычная материя.
Бёрд и его коллеги использовали водород для косвенного отслеживания материи. «Это похоже на добавление красителя в струю воды: краситель следует за водой. Темная материя обладает гравитационной силой и, следовательно, обладает гравитационным потенциалом. Газообразный водород попадает внутрь и используется в качестве индикатора темной материи. Там, где она плотнее, там больше темной материи. Вы можете думать о водороде как о красителе, а о темной материи — как о воде».
Работа Берда и его коллег выходит за рамки простого наблюдения темной материи. В современных исследованиях космоса существуют так называемые «напряжения» или расхождения между наблюдениями и теоретическими предсказаниями.
Это все равно, что открыть банку очищенных помидоров и обнаружить внутри стеклянные шарики: исходя из ваших предположений о том, как устроен мир, вы ожидаете одного, но на удивление факты противоречат вашим предположениям. Ваш здравый смысл соответствует теоретическим моделям физики: они приводят вас к предсказаниям о содержимом, но потом вы смотрите в банку и ошеломлены.
Пример моделирования PRIYA. Фото предоставлено: Калифорнийский университет в Риверсайде
Могло случиться две вещи: у вас плохое зрение, а это на самом деле помидоры, или ваши знания неверны (возможно, вы находитесь за границей и неправильно прочитали этикетку на банке).
Нечто подобное происходит и при исследовании физики Вселенной. «Одним из текущих противоречий является количество галактик в небольших масштабах и с низким красным смещением», — объясняет Бёрд. Вселенная с низким красным смещением — это та, которая относительно близка к нам.
«В настоящее время существует две гипотезы, объясняющие несоответствие между наблюдениями и ожиданиями: либо существует никогда ранее не наблюдавшаяся частица, о которой мы ничего не знаем, либо что-то странное происходит со сверхмассивными черными дырами внутри галактик. , рост галактик и, таким образом, сбивает с толку наши структурные расчеты».
Работа Берда и его коллег подтвердила достоверность напряжения (так что на самом деле это шарики, а не помидоры). И это сделало даже больше.
«Значение этого открытия еще довольно невелико, поэтому оно еще не вполне убедительно. Но если оно подтвердится в более поздних наборах данных, то гораздо более вероятно, что это новая частица или новый тип физического явления, чем то, что черные дыры портят наши расчеты», — заключает Берд.
Результаты были опубликованы в Журнале космологии и физики астрочастиц.
Предложено Международной школой перспективных исследований (SISSA)
